SIDERURGIA PARA NO SIDERURGISTA
Eng. Ms.C. Maurcio Fonseca Filho
O objetivo principal desse curso apresentar de forma clara e objetiva o
processo de produo das ligas ferrosas produzidas em usina integrada,
bem como os parmetros que governam a seleo de um determinado
tipo de ao e as linhas gerais para estudo desse ramo relativamente
complexo da cincia e tecnologia intitulado siderurgia ou metalurgia das
ligas ferrosas.
Apresentao
Ferro utilizado desde 1200 a.C
A.F para produo de ferro gusa sculo XV
Transformao do ferro gusa em ao, que data de 1856
Produo diria de um alto-forno chegava a cerca de trs toneladas de ferro gusa
Elevao do consumo de carvo
Crescimento da produo siderrgica, gerou problemas derivados dos gases poluentes liberados na
atmosfera
A partir do sculo XX, as siderrgicas aumentaram os investimentos em tecnologia para reduzir o impacto
ambiental
Segurana dos funcionrios e da comunidade
Aumento da eficincia produtiva.
No Brasil, as primeiras siderrgicas surgiram no incio do sculo XX, para atender ao crescimento industrial
verificado entre 1917 e 1930.
2 BREVE HISTRICO
Nos primeiros 30 anos do sculo XX - Governos brasileiros preocupados com o
caf, a siderurgia era exceo no setor industrial.
Benefcios fiscais concedidos s empresas de ferro gusa e ao
Produo brasileira era de apenas 36 mil toneladas anuais de ferro-gusa.
Criao, da cidade de Sabar (MG), e da Companhia Siderrgica Mineira
Companhia Siderrgica Mineira associou-se com o consrcio industrial belgo-
luxemburgus
1922, associao a capitais Belgas e transformou-se na Companhia Siderrgica Belgo-Mineira
Dcada de 1930 registrou grande aumento na produo siderrgica nacional (crescimento da
Belgo-Mineira)
Inaugurao da usina de Monlevade em 1937, com capacidade inicial de 50 mil toneladas
anuais de lingotes de ao
Companhia Siderrgica de Barra Mansa e a Companhia Metalrgica Barbar ainda em 1937
Brasil continuava dependente de aos importados
Em 1946, em Volta Redonda (RJ), foi criada Companhia Siderrgica Nacional (CSN) Coque
No mesmo ano, foram ativados os altos-fornos e a aciaria
Em 1948, entraram em atividade os laminadores, marcando o incio da autonomia brasileira na
produo de ao
1950, a produo nacional de ao bruto alcanava 788 mil toneladas e o crescimento
continuado permitiu que 10 anos depois a produo j tivesse triplicado e, em 1970, chegasse
a atingir 5,5 milhes de toneladas.
O acelerado crescimento industrial dos anos 1970 levou ao aumento das
importaes de ao, dando origem ao Plano Siderrgico Nacional (PSN), de
1971, que tinha por objetivo iniciar novo ciclo de expanso para quadriplicar a
produo
Em 1973, foi inaugurada no pas a primeira usina integrada com processo de
reduo direta de minrios de ferro base de gs natural, a Usina Siderrgica
da Bahia (Usiba). No mesmo ano, foi criada a Siderurgia Brasileira S.A.
(Siderbrs),
Dez anos depois, entrou em operao, em Vitria (ES), a Companhia
Siderrgica de Tubaro (CST). Em 1986, foi a vez da Aominas comear a
funcionar em Ouro Branco (MG).
Com a crise dos anos 1980 e a conseqente retrao do mercado interno, as
empresas nacionais voltaram-se para o mercado externo, o que fez o pas
passar de grande importador a exportador de ao.
No incio da dcada de 1990, o Brasil contava com 43 empresas estatais e privadas,cinco delas integradas
utilizando como combustvel o coque, nove a carvo vegetal, duas integradas a gs natural (reduo direta) e
27 semi-integradas, alm de produtores independentes de ferro-gusa a carvo vegetal, que somavam cerca
de 120 fornos (Minas Gerais e no eixo Rio-So Paulo- proximidade de regies ricas em matrias-primas)
Devido ao esgotamento do modelo estatal, iniciou-se o processo de privatizao das empresas do setor.
Em 1993, tinham sido privatizadas oito empresas estatais, com capacidade para produzir 19,5 milhes de
toneladas (70% da produo nacional)
Entre 1994 e 2008, as empresas siderrgicas investiram US$ 25,1 bilhes, principalmente no controle
ambiental, na modernizao e na atualizao tecnolgica das usinas, alcanando uma capacidade instalada
de 41,5 milhes de toneladas.
Parque siderrgico brasileiro
O parque siderrgico brasileiro compe-se hoje de 27 usinas, administradas por oito grupos empresariais.
So eles ArcelorMittal Brasil, Grupo Gerdau, CSN, Grupo Usiminas, V&M do Brasil, Villares Metals,
Votorantim Siderurgia e Sinobras.
PANORAMA DA PRODUO MUNDIAL DE AO
PRODUO MUNDIAL DE AO BRUTO
A produo mundial de ao bruto passou de 728 milhes de toneladas em 1993 para 1,392 bilho de
toneladas em 2010 um incremento anual mdio de 3,4% segundo a World Steel Association. A china
tornou-se o maior mercado mundial de ao, consumindo o mesmo que os Estados Unidos e a
comunidade Europia juntos. Ela produz 47% da produo mundial de ao bruto. Ela produz 47% da pr
Em comparao com a China, o Brasil insignificante respondendo por apenas 2% da produo
mundial, mesmo assim o nono maior produtor mundial de ao.
Uma das caractersticas do mercado mundial a alta concentrao da produo em alguns pases como
mostra a Tabela 1.
PRODUO MUNDIAL DE AO BRUTO
Por outro lado ocorreu uma queda acentuada da produo de ao nos pases ricos e, um deslocamento da
industria siderrgica para pases coloniais e semi coloniais (Especialmente - China,Rssia,ndia e Brasil),
onde as normas ambientais so menos rgidas e possuem mo de obra barata e qualificada. O Grfico 1
mostra a queda da produo de ao nos EUA que produzia 91,4 milhes a passou a produzir 66,8 milhes de
tonelada.
A capacidade produtiva mundial de ao neste ano de 2010 de 1,8 bilho de toneladas, vendendo somente
1,392 bilho, um excedente de 408 milhes de toneladas.
No Brasil, a capacidade produtiva de 42 milhes, consumindo 18milhes de toneladas no mercado interno,
um excedente de 24 milhes para exportao.
PRODUO MUNDIAL DE AO BRUTO
PRODUO MUNDIAL DE AO BRUTO
Nos ltimos 5 anos ocorreu um intenso processo de fuses e aquisies de
empresas no ramo siderrgico mundial. Aps esse processo a ArcelorMittal foi a
primeira a superar a marca dos 100 milhes de toneladas de ao por ano, mesmo
assim representou somente 23,5% da produo mundial em 2010.
As siderrgicas brasileiras so muito rentveis, porm so pequenas em tamanho
e escala. Juntando as trs maiores siderrgicas brasileiras que aparecem entre
as cinqenta maiores do mundo, representam somente 30% da capacidade de
produo da ArcelorMittal.
PROCESSO DE FUSES E AQUISIES
O consumo de produtos siderrgicos est altamente vinculado ao desempenho da
economia como um todo. Sendo assim, a crise iniciada no segundo semestre de
2008 atingiu fortemente o mercado. A produo no primeiro trimestre de 2009
voltou aos nveis de 2004. A partir do segundo trimestre de 2009, observou-se o
incio de uma recuperao, puxada pela demanda chinesa.
Os preos, que haviam subido rapidamente no incio de 2008, comportaram-se de
forma semelhante durante a crise, caindo aceleradamente para os nveis de 2005
e reagindo ligeiramente a partir do segundo trimestre de 2009, para voltar aos
nveis de 2007. A profundidade e a rapidez da crise fizeram com que muitas
usinas reduzissem rapidamente a produo, desativando altos-fornos.
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O CONSUMO DE PRODUTOS SIDERRGICOS
O parque produtor de ao brasileiro composto de 27 usinas, sendo 12
integradas e 15 semi-integradas, administradas por oito grupos
empresariais. O pas tem atualmente uma capacidade instalada de 42,5
milhes de toneladas/ano de ao bruto, com 14 altos-fornos a coque e
17 fornos eltricos.
O mapa da Figura 1 apresenta a localizao geogrfica das unidades
siderrgicas do pas, com sua capacidade instalada.
PARQUE INDUSTRIAL BRASILEIRO
Figura 1 - Localizao geogrfica das unidades siderrgicas do Brasil, com sua capacidade instalada
O mapa da Figura 1 apresenta uma forte concentrao da produo de ao na
regio Sudeste, principalmente no que se refere produo de planos,
resultado da combinao existente na regio de reservas de minrio de ferro,
boa logstica dedicada e grandes mercados consumidores. Na Tabela 2,
apresenta-se a produo de laminados planos e longos e de semi-acabados
para vendas, em 2009, por estado, mostrando a concentrao da produo na
regio Sudeste, que chega a 94% da produo de ao bruto do pas.
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A produo brasileira de ao bruto, em 2008, foi de 33,7 milhes de toneladas,
apresentando uma reduo de 0,2% em relao a 2007. O primeiro semestre de
2009 registrou uma queda de 36,8% em comparao com igual perodo do ano
anterior, mostrando os reflexos do cenrio internacional. A mdia de utilizao da
capacidade instalada nacional, nesse perodo, foi de 54%, muito abaixo da mdia
histrica observada nos ltimos sete anos, que de aproximadamente 87,7%,
conforme mostra a Tabela 3.
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Tabela 3 - Produo brasileira de ao bruto (em mil toneladas )
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A produo apresentou sinais de recuperao, passando de 56% de utilizao
da capacidade instalada, em junho, para cerca de 73%, em julho. Em agosto e
setembro, esse ndice atingiu cerca de 78%. No fechamento de 2009, a
produo anual de ao no pas chegou a 26,5 milhes, montante 21,3% abaixo
do fechamento de 2008, atingindo 62,3% de utilizao da capacidade.
Durante a crise, seis dos 14 grandes fornos instalados no pas foram
paralisados, mas, no segundo semestre de 2009, comearam a ser religados.
A Usina Presidente Vargas, da CSN, que tem capacidade anual de produo
de 5,8 milhes de toneladas de ao bruto, foi a primeira a religar seu alto-
forno, em junho de 2009. O Alto-Forno, cuja capacidade de produo de 1,5
milho de toneladas/ano, passou 90 dias parado para manuteno.
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A Gerdau Aominas, cujo alto-forno principal tem capacidade de 3 milhes de
toneladas/ano e ficou paralisado por seis meses, voltou a funcionar no incio do
ms de julho de 2009. Com isso, a Gerdau voltou a operar com os dois altos-
fornos, ou seja, na faixa de 4,5 milhes de toneladas/ano.
A Usiminas, que conta com cinco altos-fornos, em agosto de 2009 religou dois dos
trs que ficaram paralisados por um semestre um em Ipatinga (MG) e outro em
Cubato (SP). O terceiro foi reativado em janeiro de 2010. Com isso, a Usiminas
passou a utilizar cerca de 90% de sua capacidade nominal instalada, que de
cerca de 9,5 milhes de toneladas/ano.
A unidade de Tubaro ArcelorMittal Brasil conta com trs altos-fornos, cuja
capacidade total instalada, de 7,5 milhes de toneladas/ano, voltada para a
produo de planos. Um dos altos-fornos continua paralisado a mais de dois
anos e os outros dois chegaram a operar na ordem de 60% de sua capacidade.
A Usina de Tubaro ainda no voltou a operar em plena carga, o Alto Forno II
continua parado, talvez dever operar no segundo semestre de 2011.
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INDUSTRIA SIDERRGICA DE PLANOS NO BRASIL
Na indstria brasileira de aos laminados planos, as empresas ArcelorMittal, Usiminas (Ipatinga e
Cubato) e CSN respondem pela operao de cinco unidades, todas localizadas na regio Sudeste. O
Grupo Usiminas responde por cerca de 45% do total da produo do pas; a CSN, por 30%; a
ArcelorMittal Tubaro, por 16%; e a ArcelorMittal Inox do Brasil, por 5%.
Do total da produo de aos planos, cerca de 95% de ao carbono comum e o restante, de aos
especiais ligados produzidos apenas pela ArcelorMittal Inox do Brasil.
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Encontra-se em operao a usina da ThyssenKrupp CSA Companhia Siderrgica do Atlntico, com
start-up de 2,5 milhes de toneladas/ desde de julho de 2010 e 2,5 milhes de toneladas/ano para
junho de 2011. Sua produo, inicialmente de semi-acabados (placas), ser toda voltada para
exportao. Com a inaugurao dessa unidade, que adicionar dois altos-fornos de 2,5 milhes de
toneladas/ano cada, o pas passar a contar com 16 altos-fornos de grande porte.
Em 2009 a produo brasileira de laminados planos apresentou uma queda de 17,3% em relao a
2008. O segundo semestre foi de recuperao, e a produo retornou praticamente aos nveis pr-
crise.
Entre demandantes de aos planos no Brasil, destacam-se os setores automobilstico, naval, de
utilidades domsticas, de mquinas e equipamentos, de petrleo e gs e de embalagens e recipientes.
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Das exportaes brasileiras de produtos siderrgicos, incluindo os semiacabados, a participao anual
dos laminados planos, em US$ FOB (o exportador responsvel pela mercadoria at ela estar dentro
do navio, para transporte, no porto indicado pelo comprador), em 2006, atingiu 37,9%; em 2007,
36,3%; e em 2008, 22,8%.
Os principais destinos, em 2008, dos produtos planos brasileiros foram os seguintes:
Chile, Portugal, Peru, Argentina, Espanha, Alemanha e Colmbia.
Em relao aos custos de produo de semi-acabados e laminados planos, o Brasil situa-se entre os
pases de menores custos variveis e operacionais do mundo, mostrando-se altamente competitivo
nesse aspecto. Para ilustrar essa afirmao, o Grfico 3 apresenta dados da Commodities Research
Unit (CRU) relativos evoluo dos custos mdios operacionais de placas no mundo, de 2004 a 2009,
bem como a comparao entre os custos variveis de produo de placas de ao em US$/t, entre
pases selecionados, no ano de 2009.
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PARTICIPAO NAS TRS DIFERENTES CATEGORIAS DE
AO BRUTO - CONSUMO MUNDIAL
O ao pode ser utilizado em trs diferentes categorias de produtos
siderrgicos, na produo de planos, de longos ou de tubos. Os
tubos, utilizados principalmente em leodutos e gasodutos,
representam cerca de 8% do consumo mundial de ao bruto. Os
mercados de aos planos e longos dividem o consumo de ao bruto
em partes praticamente iguais, conforme
mostra Figura 4.
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Figura 4 Participao no consumo de ao em trs formas de produo. Figura 4 Participao no consumo de ao em trs formas de produo.
Figura 4 Participao no consumo de ao em trs Figura 4
Figura 4 Participao no consumo de ao em trs formas de produo.. .
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Figura 4 Participao no consumo de ao em trs formas de produo. Figura 4 Participao no consumo de ao em trs formas de produo.
OS PRINCIPAIS PROCESSOS E PRODUTOS SIDERRGICOS E SUAS
APLICAES
Neste item sero discutidas as etapas necessrias para a transformao
do minrio de ferro em produtos de ao, salientando tambm os
subprodutos ou produtos intermedirios resultantes das diversas etapas de
produo.
As 4 etapas de produo na siderurgia podem ser classificadas em:
reduo do minrio refino do ao lingotamento laminao do ao
MATERIAS PRIMAS UTLIZADAS NO PROCESSO SIDERRGICO
Hematita - o tipo mais comum de minrio de ferro. Frmula Fe2O3 (trixido).
teor em ferro varia de 45 a 68%. Colorao cinza brilhante. Marrom avermelhado
devido a exposio ao tempo. M = 5,26 g/cm3
Magnetita - Frmula Fe3O4 (perxido). Teor nominal de ferro 72,4% de
ferro, sendo que o seu teor real varia de 50 a 70%. Cor cinza escuro,
propriedades magnticas. Massa especfica de 5,17 g/cm3.
Limonita - Hematita hidratada (presena de gua) com frmula
qumica Fe2O3nH2O, teor em ferro no ultrapassa 60%. Apresenta-
se como um material de cor marrom ou amarela.
Siderita - Pouco freqente de minrios,. Frmula FeCO3
(carbonato), teor real de ferro 10 a 40%. Cor clara a cinza
esverdeado. Massa especfica de 3,85 g/cm3.
Pirita - Sua frmula bsica FeS2. Sua massa especfica gira em
torno de 5,0 g/cm3.
Ilmenita Apresenta-se sob a frmula qumica FeTiO3 correspondendo a 36.80% de ferro, 31.57% de titnio e 31.63% de
oxignio. Geralmente est associado com a magnetita.
normalmente extrado para a obteno do titnio, sendo o ferro um
subproduto. Sua massa especfica varia de 4,2 a 4,7 g/cm3.
Olivinas so silicatos que se apresentam sob diversas formas sendo que a mais importante a faialita (SiO4Fe2).
A pelotizao um processo de aglomerao que atravs de um tratamento trmico converte a frao ultrafina gerada no beneficiamento do
minrio de ferro (abaixo de 0,15 mm) em esferas de tamanhos na faixa de 8
a 18 mm, com caractersticas apropriadas para alimentao das unidades
de reduo.
As etapas envolvidas no processo de pelotizao podem, de forma genrica,
ser agrupadas nos seguintes estgios:
Concentrao / Separao
Empilhamento e Homogeneizao
Moagem e Classificao
Espessamento
Homogeneizao
Filtragem
Adio de Aglomerante
Mistura
Pelotamento
Peneiramento de Pelotas Cruas
Queima
Peneiramento de Pelotas Queimadas
PROCESSO DE PELOTIZAO
Concentrao / Separao
Empilhamento e Homogeneizao
Moagem e Classificao
Espessamento
Homogeneizao
Filtragem
Adio de Aglomerante
Mistura
Pelotamento
Peneiramento de Pelotas Cruas
Queima
Peneiramento de Pelotas Queimadas
ETAPAS ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE PELOTIZAO :
FLUXOGRAMA DO PROCESSO DE PRODUO DE PELOTAS
ALIMENTAO DOS SILOS E EMPILHAMENTO DE MINRIO
Figura 07 Pilhas de minrio de ferro blendado e empilhado em forma de V invertido.
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO
Figura 08 Maquina stacker /reclaimer para recuperao de pilhas de minrio..
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO
Figura 09 -Transporte do minrio para os silos de estocagem de moagem
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO
Figura 10 Equipamento utilizado na moagem de minrio de ferro. Mais conhecido como moinho de bolas.
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO
Figura 11 Fluxograma do processo de moagem e classificao de minrio de ferro
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO -
HIDROCICLONE
Figura 11 Fluxograma do processo de moagem e classificao de minrio de ferro
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO -
ESPESSADOR
Figura 13- Espessador equipamento utilizado para concentrao da polpa de minrio de ferro.
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO -
ESPESSADOR
Figura 13- Espessador equipamento utilizado para concentrao da polpa de minrio de ferro.
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO -
HOMOGENEIZAO
Figura 14 - Equipamento do sistema de espessamento e homogeneizao
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO -
HOMOGENEIZAO
Figura 14 - Equipamento do sistema de espessamento e homogeneizao
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO - FILTRAGEM
Figura 15. Equipamento do sistema de filtragem, dotado de 12 discos rotativos.
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO - FILTRAGEM
Figura 15. Equipamento do sistema de filtragem, dotado de 12 discos rotativos.
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO - adio de
AGLOMERANTE
Figura 16 - Equipamento do sistema de adio de aglomerante.
Dosing Device
From
Homogenization
Pulp
Density
To
Balling
Filter Cake
Bin Binder
Bin
Filter
Mixer
Vacuun
Pressure
Blowing
Pressure
Filter Rotation
Moisture
% Fixed Carbon
Blaine Index
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO -
PELOTAMENTO
Figura 16 - Equipamento do sistema de pelotamento.
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO - adio de
PELOTAMENTO
Figura 19 Disco do processo de pelotizao.
Figura 19 Disco do processo de pelotizao.
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ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO
PELOTAMENTO
Figura 19 Disco do processo de pelotizao.
Figura 20 Disco do processo de pelotizao na rea de trabalho da usina de pelotizao.
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ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO - SELEO
DAS PELOTAS CRUAS
Figura 19 Disco do processo de pelotizao.
Figura 21 Equipamento utilizado para classificao das pelotas cruas. .
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ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO - SELEO
DAS PELOTAS CRUAS
Figura 19 Disco do processo de pelotizao.
Figura 21 Equipamento utilizado para classificao das pelotas cruas. .
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ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO - SELEO
TRATAMENTO TRMICO
Figura 19 Disco do processo de pelotizao.
Tabela 02 etapas do processo de queima das pelotas. .
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ETAPA T (C) FENMENO
Secagem 300-350 Remoo parcial da gua
Pr-Queima 600-900 Remoo da gua de cristalizao
Evitar choque trmico
Queima 1300-1350 Consolidao das reaes entre
ferro e escria
Ps-Queima 900-1000 Homogeneizao de Calor
Resfriamento 80-150 Consolidao da qualidade
Recuperao de calor
ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO FORNO DO PROCESSO DE PELOTIZAO
Figura 19 Disco do processo de pelotizao.
Figura 22 Forno do processo de consolidao e queima das pelotas .
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ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO FORNO DO PROCESSO DE PELOTIZAO
Figura 19 Disco do processo de pelotizao.
Figura 23. Forno tnel de queima em manuteno na rea industrial. .
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ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO EXPEDIO DO PRODUTO DE PELOTIZAO
Figura 19 Disco do processo de pelotizao.
Figura 27 Mostra o meio de transporte de pelotas por meio correias transportadoras.
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ETAPAS DO PROCESSO DE PELOTIZAO EXPEDIO DO PRODUTO DE PELOTIZAO
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Figura 28 - Ptio de estocagem pelotas de minrio de ferro e equipamento de recuperao e
transporte para embarque e navio.
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PROCESSO DE SINTERIZAO - CONCEITO
A sinterizao consiste em misturar e homogeneizar finos de minrios
de ferro (sinter-feed), finos de carvo ou coque, finos de fundentes
(cal, etc.) e umidade e atear fogo ao carvo, de modo que a quantidade
de calor liberada seja suficiente para atingir temperaturas entre 1250 a
1350C, condio suficiente para que a umidade evapore e as
partculas da carga se unam por caldeamento (fuso parcial redutora-
oxidante), obtendo-se um material resistente e poroso, com alguns
centmetros de dimetro mdio denominado snter. O sinter-feed
utilizado geralmente um concentrado de hematita com granulometria
abaixo de 5 a 8 mm, fornecido pelas mineradoras.
PROCESSO DE SINTERIZAO- CARACTERSTICAS EXIGIDAS
As principais caractersticas exigidas para o sinter so:
- No conter elementos qumicos indesejveis para o alto-forno; - composio qumica estvel; - elevado teor de ferro; - baixo volume de escria; - elevada resistncia mecnica; - granulometria estvel; - baixa porcentagem de finos; - baixa degradao sob reduo; - possuir alta redutibilidade -0 a 3,0 mm aproximadamente para sinterizao -10 a 30 mm aproximadamente para o alto-forno
0 a 3,0 mm aproximadamente para sinterizao
- 10 a 30 mm aproximadamente para o alto-forno
PROCESSO DE SINTERIZAO- FUNDENTES UTILIZADOS NO
PROCESSO DE SINTERIZAO
Na mistura para produo de sinter esto presentes os fundentes que
podem ser divididos em:
- Bsicos (portadores de CaO e/ou MgO) - cidos (portadores de SiO2 e/ou Al2 O3)
Os principais fundentes so:
- Calcrio (portador de CaO) - Cal (portador de CaO) - Dunito (portador de MgO e SiO2) - Serpentinito (portador de MgO e SiO2) - Dolomita (portador de MgO e SiO2) - Quartzo (portador de SiO2)
PROCESSO DE SINTERIZAO- FUNDENTES UTILIZADOS NO
PROCESSO DE SINTERIZAO
A utilizao destes feita conforme a ganga contida nos minrios. Se
a ganga for cida, o fundente tem que ser bsico e vice-versa. Desta
forma, produz-se um sinter com a basicidade compatvel com a
marcha operacional do alto-forno.
PROCESSO DE SINTERIZAO- OUTRAS MATRIAS PRIEMAS
UTILIZADAS NO PROCESSO DE SINTERIZAO
Existem algumas matrias-primas originadas dentro da usina
decorrentes de outras etapas do processo siderrgico que por suas
caractersticas podem e devem ser utilizadas na sinterizao, trazendo
benefcios econmicos e ambientais, com aprecivel reduo de
descartes no processo.
Como exemplos de matrias-primas geradas em outras unidades de
uma siderrgica podem ser citados:
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PROCESSO DE SINTERIZAO- OUTRAS MATRIAS PRIEMAS
UTILIZADAS NO PROCESSO DE SINTERIZAO
Carepa de laminao, de escarfagem, de lingotamento contnuo - possui um teor de FeO (~60%), favorecendo a reduo do uso de
coque na sinterizao.
P de alto-forno - origina-se no coletor de p do alto-forno, apresentando um alto teor de carbono, favorecendo a diminuio do
consumo de combustvel (coque) na sinterizao.
Lixo industrial - basicamente composto de minrios e fundentes, originados da limpeza da rea industrial e deve ser peneirado para sua
utilizao.
Ps gerados na calcinao - so decorrentes do processo de preparao da cal para a aciaria.
P de CDQ - originado do apagamento a seco do coque na coqueria, sendo importante aproveit-lo devido ao seu alto contedo de carbono.
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PROCESSO DE SINTERIZAO- MISTURA TOTAL DA
SINTERIZAO
A mistura total da sinterizao composta aproximadamente de:
Mistura parcial (65% a 72%) Coque (3,2 a 3,5%) Retorno (25 a 30%) em funo das condies de processo, da qualidade e quantidade de matrias-primas e do coque.
PROCESSO DE SINTERIZAO- MODELOS DE MQUINAS DE
SINTERIZAO
Existem dois principais modelos de mquinas de sinterizao, um mais
antigo, o de Greenawalt de produo interrupta surgido no final do
sculo XIX, em franca decadncia, e o mais recente, surgido no sculo
XX, de produo contnua, o Dwight Lloyd, e se presta aplicao em
escala maior, compatvel com as capacidades dos modernos altos-
fornos como, por exemplo, o caso de empresas como a ArcelorMittal
Tubaro. As diferenas bsicas entre os processos so apresentadas
na Tabela 03.
PROCESSO DE SINTERIZAO- MODELOS DE MQUINAS DE
SINTERIZAO
A mistura total da sinterizao composta aproximadamente de:
Mistura parcial (65% a 72%) Coque (3,2 a 3,5%) Retorno (25 a 30%) em funo das condies de processo, da qualidade e quantidade de matrias-primas e do coque.
PROCESSO DE SINTERIZAO- MODELOS DE MQUINAS DE
SINTERIZAO
Tabela 03 Caractersticas tpicas das mquinas de sinterizao.
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
As principais etapas do processo de sinterizao utilizando uma
mquina contnua so:
- Dosagem - Misturamento - Sinterizao propriamente dita - Tratamento mecnico.
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
Do ptio primrio as matrias-primas so enviadas aos silos de
mistura de onde saem nas percentagens requeridas pelo balano de
massas, atravs das balanas dosadoras, via sistema de correias
transportadoras, acoplado ao blending-stacker, da ao ptio de
mistura, no qual se tem uma pilha em formao (130.000 toneladas
por pilha) e outra pilha em consumo (remoo atravs da blending-
stacker).
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
O material blendado enviado aos silos de minrio da sinterizao,
onde so encontrados tambm os silos contendo calcrio, cal, sinter
de retorno de sinterizao e silos de coque prprio para sinterizao.
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
Na etapa de dosagem, as matrias-primas so adicionadas na
proporo definida pelo clculo de carregamento (em funo da
qualidade das matrias-primas e padro de qualidade objetivado para
o sinter), utilizando-se dos silos e sistema de carregamento da
sinterizao. Qualquer variao de qualidade e/ou quantidade das
matrias-primas, no detectadas prejudicam sensivelmente o
processo.
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
Aps a dosagem do material dos silos de minrio da sinterizao,
estes so enviados ao misturador, equipamento que consiste
basicamente de um corpo cilndrico, inclinado, com uma rotao
constante, no qual o material entra de um lado e sai pelo outro. Em
uma primeira fase adiciona-se gua, via sistema de asperso para o
minrio atingir o nvel de umidade desejada. Numa segunda fase as
partculas aderem-se e micropelotam, devido umidade, ao
tamboramento (movimento em cascata da mistura sob rotao) e ao
sistema de aletas.
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
As variaes de umidade das matrias-primas provocam
irregularidade na quantidade de gua no misturador, que prejudica a
micropelotizao, ocasionando perdas no processo como um todo.
Na etapa de sinterizao propriamente dita, a mistura a ser
sinterizada aquecida de aproximadamente 60C para 1200/1350C,
desencadeando todas as reaes de sinterizao, que podem variar
de acordo com a composio qumica do leito de sinterizao, e
podem ser resumidas como:
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
a) Ao se atingir temperaturas prximas de 100C inicia-se a
evaporao da umidade da mistura, que ir condensar-se nas
regies inferiores do leito, que se encontram mais frias. Forma-se,
ento, uma regio em que a umidade da mistura superior mdia.
Acima de 100C inicia-se a zona de secagem.
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
b) Entre 150 e 200C, mesmo no curto intervalo de tempo, toda a
umidade j foi evaporada e inicia-se a desidratao dos hidrxidos,
s custas do calor do processo.
c) Quando a mistura atinge a faixa de 500 a 700C, funo da sua
reatividade, inicia-se a combusto do combustvel com elevado
desprendimento de calor, elevando o nvel trmico do ambiente para
1250/1350C.
d) A decomposio dos carbonatos inicia-se em torno de 700C, com
consumo de calor do processo.
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
e) Na faixa de 900 a 1350C, que define a zona de combusto,
tambm chamada de zona de sinterizao ou mesmo de reao,
ocorrem as reaes no estado slido ou semi-lquido, formando-se o
magma de sinter, ou seja, o conjunto de silicatos, ferritos de clcio e
xidos primrios ou secundrios que, aps cristalizao, constituem o
sinter. A reao a seguir, de combusto do combustvel da mistura,
alm de produzir grande quantidade de calor, torna o ambiente
ligeiramente redutor, o suficiente para uma reduo parcial da
hematita (Fe2 O3) para magnetita (Fe3 O4).
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
(f) Atingida a temperatura mxima do processo, sob atmosfera
ligeiramente redutora, inicia-se o resfriamento do material semi-
fundido sob atmosfera fortemente oxidante, pois o nico gs
existente acima da zona de combusto o ar. Em temperatura ainda
bastante elevada ocorre, ento, uma reoxidao da magnetita para
hematita. A cerca de 900 C, o ciclo de reaes qumicas se
completa, iniciando-se o resfriamento propriamente dito e produzindo
a estrutura sinterizada final. Na Figura 32 apresentado as etapas do
processo de sinterizao utilizando uma mquina contnua
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
Figura 32 - Etapas do processo de sinterizao utilizando uma mquina contnua.
PROCESSO DE SINTERIZAO- MAQUINA DE SINTERIZAO
CONTNUA
Figura 34 - Fluxograma operacional de uma mquina Dwight Lloyd
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
950 Kg minrio de Fe
35 Kg Moinha de coque
30 litros de gua
150Kg Fundentes
250 Kg finos de retorno
20 Kg de CO
150Kg de CO2
1,5 Kg de SO2
0,6 kg NOx
0,2 kg particulado
250 Kg finos de retorno
0,5 Kg p
1000 Kg de sinter
peneirado
Figura 33 Balano parcial de materiais numa sinterizao tpica.
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS DADOS RELATIVOS
UNIDADE DE SINTERIZAO DA ARCELORMITTAL TUBARO.
Ptios de Matrias-Primas
Sistema de recebimento
Virador de vages: 3.600 t/h
Hopper ferrovirio: 800 t/h
Hopper rodovirio: 600 t/h
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS DADOS RELATIVOS
UNIDADE DE SINTERIZAO DA ARCELORMITTAL TUBARO.
Ptios primrios
Dimenses: 650 x 50 m
Nmero de ptios: 4
Capacidade de estocagem: 1.300.000 t
Staker-reclaimer: 3 unidades
Capacidade de descarga: 3.600 t/h
Capacidade de remoo: 2.500 t/h
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS DADOS RELATIVOS
UNIDADE DE SINTERIZAO DA ARCELORMITTAL TUBARO.
Ptios de blendagem
Dimenses: 300 x 30 m
Nmero de Ptios: 2
Capacidade de Estocagem: 00.000 t
Silos de Blendagem: 7 x 700 m3
Blending Reclaimer: 1 unidade
Capacidade de Descarga: 2.500 t/h
Capacidade de Remoo: 1.500 t/h
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS DADOS RELATIVOS
UNIDADE DE SINTERIZAO DA ARCELORMITTAL TUBARO.
Mquina de Sinterizao
Tipo: Dwight Lloyd (Lurgi)
Fabricante: Hitachi-Zosen Co. (Japo)
Data do incio de operao: 12 de setembro de1983
Capacidade por dia: 38 t/m/dia
Capacidade anual: 6.500.000 t
rea de Suco: 484 m
Altura da camada: 800 mm
Velocidade: 1,0 a 6,6 m/min.
Comprimento da esteira: 88 m
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS DADOS RELATIVOS
UNIDADE DE SINTERIZAO DA ARCELORMITTAL TUBARO.
Mquina de Sinterizao
Dimenso dos Setores:
Largura: 5,5 m
Comprimento: 1,5 m
Altura: 0,65 m
Nmero de Caixas de Vento: 23
Altura de Camada Mxima: 800 mm
Combustvel do forno de ignio: gs de coqueria
Consumo: 10.500 kcal/t
Sistema de alimentao de intesificao de segregao:
ISF (NSC)
Resfriador do sinter: do tipo circular com rea de 400 m2
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS DADOS RELATIVOS
UNIDADE DE SINTERIZAO DA ARCELORMITTAL TUBARO.
Qualidade do Sinter:
No conter elementos qumicos indesejveis para o alto-forno;
Composio qumica estvel;
Elevado teor de ferro;
Baixo volume de escria;
Elevada resistncia mecnica;
Granulometria estvel;
Baixa porcentagem de finos;
Baixa degradao sob reduo;
Possuir alta redutibilidade.
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
PROCESSO DE SINTERIZAO- PRINCIPAIS ETAPAS DO
PROCESSO DE SINTERIZAO
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
O carvo mineral submetido a um processo de beneficiamento antes de entrar
no alto-forno, denominado de coqueificao, cujo fluxograma tpico
apresentado na Figura 35. O coque metalrgico empregado nos alto-fornos,
onde pode atuar como combustvel, redutor, fornecedor de carbono ao ferro-
gusa e permeabilizador da carga. Nos ltimos anos, tambm tem sido utilizado
a injeo de finos de carvo diretamente nos alto-fornos atravs das
ventyaneiras, tecnologia que propicia vantagens no somente em termos de
custo do insumo, mas tambm no que diz respeito reduo dos impactos
ambientais, visto que as coquerias so caracterizadas como equipamentos com
alto potencial poluidor.
Outro aspecto importante o fato do coque ser o item que apresenta o maior
custo no fluxo de produo para obteno de chapas laminadas a quente.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
Figura 35 - Fluxograma tpico de uma coqueria.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
O processo de coqueificao do carvo mineral foi desenvolvido na
Inglaterra, pas que apresentava um elevado desenvolvimento da
siderurgia com uma grande quantidade de alto-fornos a carvo vegetal
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
As tentativas para fabricar um combustvel adequado com carvo
mineral, evitando os inconvenientes do uso direto deste, eram antigas,
(mau cheiro dos gases sulfurados e contaminao dos produtos). Mas,
o sucesso veio com Abraham Darby, em 1700. Filho de fazendeiro,
Darby tornara-se fabricante de malte (empregado na fabricao da
cerveja), em Bristol, e preocupava-se em preparar o carvo para
aquecimento em tachos de malte, de modo que este no ficasse afetado
pelo mau cheiro dos gases do carvo. Darby aperfeioou o processo j
utilizado pelos mateiros principalmente os da regio de Derby e que
nada mais era que o velho processo de fabricar o carvo vegetal em
larga escala aplicado ao carvo mineral e assim se fabricou o primeiro
coque.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
Os fornos de fabricao de coque foram evoluindo nas suas
concepes bsicas e na tecnologia atual se reduzem a duas classes:
a) Fornos de Colmia, sem recuperao de subprodutos;
b) Fornos de Retortas, com recuperao de subprodutos (as modernas
coqueria
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
Uma bateria de fornos de coque com recuperao de subprodutos
constituda de fornos verticais geralmente de 11 a 15 metros de
comprimento, 3 a 7 metros de altura e 300 a 550 mm de largura. Suas
paredes so construdas de tijolo refratrio de slica, de projeto especial
para evitar a passagem de gases. No teto, existem 3 a 5 furos por onde
feito o carregamento da mistura de carves e uma abertura destinada
ao recolhimento das matrias volteis. Estes fornos so aquecidos por
um gs, o qual injetado em uma rede de dutos e estes por sua vez,
so conectados aos regeneradores, que alimentam dois fornos de
coqueificao adjacentes. Estes regeneradores so construdos de
tijolos refratrios slico-aluminosos
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
O nmero de fornos numa bateria bastante variado e pode chegar a
ter 200 fornos. Um fator importante na operao de uma bateria o
tempo de coqueificao, que, geralmente, varia entre 16 a 18 horas. Na
Figura 36 so apresentadas imagens da bateria de uma coqueria.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA - CICLO
OPERACIONAL
O ciclo operacional da coqueria pode ser resumido nas seguintes fases:
a) Preparao da mistura de carves;
b) Enfornamento;
c) Aquecimento;
d) Desenfornamento;
e) Apagamento;
f) Preparao do coque;
g) Tratamento das matrias volteis.
.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
Figura 36 Imagem da bateria de coque da ArcelorMittal Tubaro.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
Basicamente a coqueificao consiste em submeter uma mistura de
carves de caractersticas adequadas a um aquecimento em ausncia
de ar, ocorrendo um processo de destilao. Esta destilao provoca a
liberao de gases e o aparecimento de um resduo slido, poroso,
infusvel, basicamente constitudo de carbono, que o coque. Durante
a coqueificao a mistura de carves aquecida a 1.100C, numa
cmara sem circulao de ar, dotada de uma abertura superior, por
onde saem matrias volteis, que so recolhidas, devido ao seu
grande valor e por formarem um gs combustvel com alto poder
calorfico.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
O aquecimento do carvo enfornado indireto, pois, o calor gerado
nos dutos de aquecimento distribudos no interior das paredes que
separam uma retorta da outro. Assim, o carvo carregado dentro da
cmara (forno) entra em contato com as duas paredes aquecidas e o
calor transmitido, por conduo, para o centro da carga.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
Quando no h mais a presena de matria voltil o coque est pronto
e deve ser desenfornado. As 2 portas so abertas e por uma delas
introduzido um mbolo empurrador, que expulsa o coque para fora,
pela outra porta, de modo que o coque incandescente cai dentro de
um vago de transporte (como pode ser visto na Figura 39). Na Figura
40 apresentado um sistema de desenfornamento real de coque.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
Figura 39 Sistema de carregamento,desenfornamento e carro de apagamento
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
Figura 40 Carro de desenfornamento de coque
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
O coque deve ser apagado imediatamente, para impedir sua queima,
o que pode ser feito a mido ou a seco. No apagamento a mido
(CWQ), o vago carregado posicionado sob a torre de apagamento,
onde o coque apagado com fortes jatos de gua, gerando um
consumo de 400 litros dgua por tonelada de coque resfriado.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
No processo de apagamento a seco (CDQ - Coke Dry Quenching), o
coque incandescente introduzido numa cmara de extino e
submetido a uma corrente ascendente de nitrognio (gs inerte)
abaixo de 180C, o qual sai na parte superior acima de 750C,
causando o resfriamento do coque. O nitrognio purificado e usado
no aquecimento de gua de caldeiras, produzindo vapor que
movimenta geradores, que produzem energia eltrica. O nitrognio
resfriado a 180C negativos e, pode retornar ao circuito. Este sistema
trs benefcios relacionados com a qualidade do coque (ausncia de
finos, menor umidade, maior estabilidade, etc.) e recuperao de
energia do vapor gerado no processo.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
Durante a carbonizao da mistura dos carves nos fornos das
baterias, alm do coque produzido, h formao de uma mistura
gasosa identificada com o "gs de coqueria" ou simplesmente pela
sigla COG (Coke Oven Gas) e outra mistura lquida conhecida por
condensados mistos, sendo composto, principalmente de gua
amoniacal (98,7%), alcatro (1%) e borra (0,3%).
.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
Cerca de 25% da mistura de carves se transforma em matrias
volteis, que, depois de tratadas podem ser usadas na prpria usina
ou vendidas. Na Figura 42 apresenta-se um fluxograma ilustrativo da
composio dos gases gerados no processo de coqueificao.
.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA
O gs de coqueria pode ser empregado nas unidades de aquecimento
da prpria usina e na produo de energia termoeltrica. O alcatro
pode ser soprado nos altos fornos, na altura das ventaneiras,
economizando coque e, tambm, pode ser vendido para indstrias do
ramo dos carboderivados.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA BALANO
PARCIAL DE MATERIAIS
1250 kg
Carvo
mineral
1000 kg
Coque
1 kg CO
500 kg COBB2BB
0,4 kg SOBB2BB
0,3 kg NOBBxBB
550 kg Particulado
0,3 kg Hidrocarbonetos
0,6 mPP3
PP guas
servidas
0,020 kg Slidos em
suspenso 0,2 kg Lama do
tratamento biolgico
0,090 kg Enxofre
85 kg Alcatro,
benzeno, etc.
Figura 43 - Balano parcial de materiais numa coqueria tpica
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA DADOS RELATIVOS UNIDADE DE COQUERIA DA ARCELORMITTAL TUBARO
Ptios de Carvo
Nmero de Ptios: 3
Dimenses : 800 X 45 m
Capacidade de Estocagem: 390.000 t
Stacker: 2 unidades
Capacidade de Recebimento : 2.500 t/h
Reclaimer: 2 unidades
Capacidade de Envio : 750 t/h
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA DADOS RELATIVOS UNIDADE DE COQUERIA DA ARCELORMITTAL TUBARO
Coqueria:
Projeto: Carl Still
3 Baterias (49 x 3 = 147 fornos)
Consumo de Carvo: 6400 t/dia
Capacidade de produo de Coque:
4800 t/dia
Capacidade anual: 1.700.000 t
Gerao de Gs: 2.1 milhes de
m/dia
Dimenses dos fornos:
Altura 6,5 m 300 mm de Zona livre
6200 mm Altura de Carga
Comprimento 15,2 m Volume til 39,5 m
5 Bocas de carregamento
32 Cmaras de combusto
29 t carvo seco por forno
22,45 t coque por forno
((coque/carvo)
238 Nm/t CSE (gerao de gs)
620 kcal/kg CSE (consumo mximo)
3 mmCA presso dos coletores
TB- (ax) 16:00 h
TL- (min) 14:50 h
Incio de Operao:
Bateria 1 04/07/1983 Bateria 2 21/09/1983 Bateria 3 11/12/1983
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA DADOS RELATIVOS UNIDADE DE COQUERIA DA ARCELORMITTAL TUBARO
Mquinas:
Carro de Carregamento: 3
Mquina Desenfornadora: 3
Carro Guia: 3
Locomotiva: 3
Sistema de Combusto:
Combustvel:
Bateria 1: COG ou MG.
Bateria 2 e 3: COG
Temperatura Operacional: 1320 C
Tempo de Coqueificao: 16 h
ndice Operacional: 150%
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA DADOS RELATIVOS UNIDADE DE COQUERIA DA ARCELORMITTAL TUBARO
CDQ (Coke Dry Quenching)
Gerao de Vapor/ TcB : 583 kg/t
Coque
Presso de Vapor : 23 kg/cm2 ( 22,3
atm abs )
Temperatura de Vapor : 350 C
Cmaras:
Quantidade : 5 unidades
Capacidade : 48 t/h (cada)
Volume: 393 m3
Caldeiras:
Quantidade : 5 unidades
Capacidade : 26,2 t/h vapor (cada)
Consumo de gua : 27,1 m3 /h (cada)
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA DADOS RELATIVOS UNIDADE DE COQUERIA DA ARCELORMITTAL TUBARO
Qualidade do Coque:
Fluidez da Mistura (Log. DDPM):
2,50 < 3,00
Reflectncia da Mistura: 1,10 <
1,20
Cinza: < 11,00
Enxofre: < 0,70
DI: 85,00
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA DADOS RELATIVOS UNIDADE DE COQUERIA DA ARCELORMITTAL TUBARO
RESUMO
Nas condies operacionaisbrasileiras,
1000 kg de mistura de carvo,
proporcionam:
750 kg de coque36 kg de alcatro
(sendo 2,5 kg de naftaleno, 15 kg de
leos leves e 18,5 kg de piche) 7,28 kg
de benzol total (5,35 kg de benzeno,
1,25 kg de tolueno, 0,68 kg xileno)
12kg de sulfato de amnio e outros.
Coque - o produto da destilao do
carvo mineral; feito em cmaras
hermeticamente fechadas a
temperaturas da ordem de (900 a
1100C) durante 16 horas.
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA DADOS RELATIVOS UNIDADE DE COQUERIA DA ARCELORMITTAL TUBARO
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA DADOS RELATIVOS UNIDADE DE COQUERIA DA ARCELORMITTAL TUBARO
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA DADOS RELATIVOS UNIDADE DE COQUERIA DA ARCELORMITTAL TUBARO
PROCESSO DE COQUEIFICAO- COQUERIA DADOS RELATIVOS UNIDADE DE COQUERIA DA ARCELORMITTAL TUBARO
INTRODUO AOS PROCESSOS DE REDUO
O processo de obteno do ferro consiste basicamente na reduo
dos seus xidos por meio de um combustvel carbonoso redutor, em
geral coque, carvo vegetal ou mineral e gs natural.
Para que as reaes de reduo dos xidos de ferro ocorram em
velocidades rpidas, necessrio temperaturas acima de 1000oC,
onde obtido o ferro por reduo indireta ou por reduo direta.
PROCESSOS DE OBTENO DO FERRO POR REDUO DIRETA
Processos de reduo direta so aqueles no qual a reduo do minrio
de ferro a ferro metlico efetuada sem que ocorra, em nenhuma
etapa do processo, a fuso da carga no reator.
A reduo no estado slido de minrio de ferro por carvo praticada
desde a antigidade, tendo sido o principal processo de obteno de
ferro at o desenvolvimento dos altos fornos. Assim, o produto
metlico obtido na fase slida, sendo chamado de ferro esponja. .
PROCESSOS DE OBTENO DO FERRO POR REDUO DIRETA
O ferro esponja um produto metlico com 85 a 95% de ferro e de 0,1
a 1,0% de C, podendo chegar a 2,0% de C. geralmente obtido a
partir do minrio de ferro granulado e, mais recentemente a partir de
pelotas de minrio de ferro oriunda da aglomerao de finos no
processo de pelotizao. Tem aspecto esponjoso e obtido no estado
slido temperatura em torno de 1100oC, a preos relativamente
reduzidos se comparado a grandes siderrgicas.
PROCESSOS DE OBTENO DO FERRO POR REDUO DIRETA
Em geral, o ferro esponja utilizado em fornos eltricos a arco em
substituio sucata para obteno do ao, onde a sua caracterstica
vantajosa a superioridade em relao sucata em termos de pureza
(elementos de liga contidos na sucata podem dificultar o atendimento
especificao do ao a ser produzido).
PROCESSOS DE OBTENO DO FERRO POR REDUO DIRETA
Os processos de reduo direta podem ser divididos conforme o tipo
de redutor, em duas classes: redutor slido (carvo ou coque) ou
redutor gasoso (gs natural-CH4 e/ou gases redutores como CO, H2).
PROCESSOS DE OBTENO DO FERRO POR REDUO DIRETA
Quando utilizado o gs natural, este passa por reaes de reforma ou
enriquecimento do gs redutor. Parte do gs gerado aps a reduo
do minrio de ferro e utilizado ou reutilizao no reator de reforma.
Normalmente a reforma realizada em reatores separados do reator
de reduo dos minrios.
PROCESSOS DE OBTENO DO FERRO POR REDUO DIRETA
As reaes de reforma, geralmente ocorrem como se segue:
CO2 + C 2CO
H2O + C H2 + CO
CH4 + CO2 2CO + 2H2
CH4 + H2O CO + 3H2
PROCESSOS DE OBTENO DO FERRO POR REDUO DIRETA
Reaes de reduo do minrio de ferro no reator de reduo.
3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2
3Fe2O3 + H2 2Fe3O4 + H2O
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
Fe3O4 + H2 3FeO + H2O
FeO + CO Fe + CO2
FeO + H2 Fe + H2O
PROCESSO DE REDUO DIRETA MIDREX
Foi desenvolvido pela empresa Norte americana Midland Rose em
1965. Em 1973 tinha 4 plantas de carter industrial nos U.S. A,
ocupando o primeiro lugar em nmero de unidades operacionais no
mundo com capacidade de produo = 400.000 t/ano.
O processo de produo ocorre quando os minrios (pelotas, sinter)
so reduzidos num forno de cuba por um gs redutor de composio
aproximada de (50% CO e 30%H2) onde se obtm o ferro esponja no
estado slido.
PROCESSO DE REDUO DIRETA MIDREX
O processo de funcionamento do forno Midrx ocorre como em um
pequeno alto-forno, isto , a carga metlica colocada no silo de
distribuio passa por um sistema de peneira vibratria, eliminando os
finos gerados no processo de transporte. A carga metlica que se
encontra dentro da faixa granulomtrica introduzida no topo do forno
por meio de correia transportadora. Em contra corrente insuflado o
gs redutor a 10000C, de forma ascendente no meio do forno, oriundo
do reformador de gs natural (Figura 44), promovendo assim a
PROCESSO DE REDUO DIRETA MIDREX
PROCESSO DE REDUO DIRETA MIDREX
A reduo da carga metlica de minrio de ferro (pelotas, sinter) ocorre
de acordo com as reaes de reduo mostradas abaixo:
3 Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O
FeO + CO = Fe + CO2
FeO + H2 = Fe + H2O
PROCESSO DE REDUO DIRETA MIDREX REFORMA DE GS
O Reformador uma cmara de aquecimento revestida internamente
de refratrio. Ele atravessado por tubos refratrios contendo um
catalisador, por onde passa a mistura gasosa (ar + gs natural + gs
de topo). Em alta temperatura (10000 C) ocorrem as seguintes reaes
dentro do tubo:
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2
CH4 + H2O = CO + 3H2
PROCESSO DE REDUO DIRETA MIDREX REFORMA DE GS
A temperatura do reformador limitada pelos tubos refratrios. Ele
geralmente projetado para reformar misturas gasosas com: 5O% de
gs natural e 5O% gs de topo. O gs de topo geralmente composto
de 25% CO, 20% CO2, 30% H2, e 25%;H2O (antes de ser resfriado de
320o C para 50o C) e o gs natural tem em sua composio cerca de:
90% CH4 e 10% C2 H6). Ao ser reformado a composio desses gases
passa a ser 36% CO, 5O% H2 e 4% (CH4 + C02).
PROCESSO DE REDUO DIRETA MIDREX REFORMA DE GS
CARACTERSTICAS DO FORNO REDUTOR
Dimetro inferior 4,8 m
Volume interno 300 m3
Possui duas regies
Zona de Reduo
Zona de resfriamento
PROCESSO DE REDUO DIRETA REAES DE REDUO
3 Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O
FeO + CO = Fe + CO2
FeO + H2 = Fe + H2O
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
Discutiremos em primeiro lugar as rotas tecnolgicas estabelecidas para
a obteno de ferro-gusa. Quando se trata do emprego do carvo
vegetal como matria-prima, os alto-fornos ou como preferem alguns
autores, mini altos-fornos a carvo vegetal, so utilizados pelas usinas
no integradas com uma capacidade para a produo que varia de 55 a
350 t/dia de ferro-gusa, contra cerca de 3500 a 13.000 t/dia de um alto-
forno a coque. O produto para a venda pode ser o ferro-gusa slido,
solidificado em pequenos lingotes ou pes de ferro-gusa, ou mesmo o
ferro-gusa lquido, que transportado por carretas em panelas
refratrias para uso por empresas dotadas de aciarias situadas perto do
alto-forno (normalmente numa distncia entre 10 e 20 km).
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
Para fins de estudo consideraremos que a fase do processo de
produo denominada de reduo compreendida pelos seguintes
setores bsicos:
ptios de matrias-primas ou de minrios coqueria, no caso de uso de carvo mineral sinterizao alto-forno
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O minrio de ferro, o carvo mineral e o calcrio, as trs principais
matrias-primas de uma usina siderrgica, em termos quantitativos,
podem ser transportadas para a usina por navios, trens ou caminhes.
No caso do transporte realizado por trens, as empresas podem dispor
de equipamentos denominados de virador de vages, acelerando o
descarregamento dos minrios. O transporte das matrias-primas dos
navios, tremonhas (hopper) para os ptios de armazenamento ou silos
de estocagem realizado atravs de correias transportadoras.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O minrio de ferro, o carvo mineral e o calcrio, as trs principais
matrias-primas de uma usina siderrgica, em termos quantitativos,
podem ser transportadas para a usina por navios, trens ou caminhes.
No caso do transporte realizado por trens, as empresas podem dispor
de equipamentos denominados de virador de vages, acelerando o
descarregamento dos minrios. O transporte das matrias-primas dos
navios, tremonhas (hopper) para os ptios de armazenamento ou silos
de estocagem realizado atravs de correias transportadoras. A
homogeneizao ou a blendagem iniciada quando da formao da
pilha que de maneira geral em forma de V invertido. fNa Figura 54
apresentado o fluxograma de entrada de matrias em uma usina
siderrgica integrada.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
FLUXOGRAMA DE ENTRADA DE MATERIAIS EM UMA USINA SIDERRGICA
Figura 54 Representao esquemtica do fluxo do minrio e fundentes
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O termo homogeneizao refere-se ao processo de mistura de um s
tipo de material, enquanto que o termo blendagem (blending) corresponde mistura de vrios materiais com caractersticas
diferentes. Em ambos os casos objetivam-se uma mistura tal que no
decorrer do processo industrial a qualidade (composio qumica,
granulometria, propriedades fsicas) se manter constante ao longo de
um determinado perodo de tempo.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
Na Figura 55 apresentado o esquemtica do fluxo do carvo mineral em uma usina siderrgica integrada desde o desembarque
martimo at a entrada nas baterias de coque.
Figura 55 - Representao esquemtica do fluxo do carvo
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
Em linhas gerais o processo de produo de ferro-gusa nos alto-
fornos consiste em carregar pelo topo do alto-forno as matrias-
primas (carga slida) como minrio de ferro (granulado e/ou snter
e/ou pelota) coque ou carvo vegetal e fundentes (calcrio),
enquanto o ar, enriquecido ou no com oxignio ou carvo
pulverizado, insuflado pelas ventaneiras na parte inferior do forno. O
coque ou o carvo vegetal queimado (entra em combusto) gerando
gases redutores em alta temperatura. Esses gases seguem um fluxo
ascendente e entram em contato com a carga de minrios
descendentes, reagindo com esta carga, reduzindo e fundindo o
minrio, originando o ferro-gusa e a escria que so vazados do forno
para as casas de corrida. As matrias-primas slidas carregadas pelo
topo do alto-forno levam cerca de 6 a 8 horas para descer at a regio
inferior, transformadas em produtos lquidos na forma de ferro-gusa e
escria, aps sofrer uma srie de reaes qumicas.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
O alto-forno um reator metalrgico no qual esto reagindo slidos,
lquidos e gases, no qual existe um gradiente de temperatura de 150C no
topo at 2100C nas regies inferiores. De maneira geral constitudo de
equipamentos de:
Descarga e pesagem de matrias-primas (casa de silos)
Transporte de carga (Correia transportadora)
Carga no topo do forno (Tremonha de pesagem)
Operao de alta presso
Lavagem de gases
Anlise de gases
Sistema de refrigerao
Forno propriamente dito (Cadinho, rampa, ventre cuba, goela)
Regeneradores de calor (Cawpers)
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Descarga e pesagem de matrias-primas (casa de silos)
A carga slida do alto-forno, carvo vegetal ou coque, minrio de ferro
(granulado e/ou sinter e/ou pelota) e, eventualmente, fundentes, so
peneirados e pesados e armazenados em silos. Figura 57
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Descarga e pesagem de matrias-primas (casa de silos)
Figura 57 Casa de silos para abastecimento do Alto Forno,.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Os silos so dispostos e dimensionados de acordo com a solicitao
para cada carga (carga metlica, coque e fundente). Estes materiais so
transportados dos silos, at o topo do forno atravs de correias
transportadoras ou sistema de carrinhos ou vagonetas (skips) que se
deslocam sobre trilhos ou ainda cestos com fundo mvel (para alto-
fornos pequenos), Figura 58, at as tremonhas de distribuio no topo do
forno, Figura 59.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Figura 58 Transporte de sinter correia transportadora ArcelorMittal..
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Figura 59 Tremonha de carregamento e distribuio de minrios e coque.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
A carga slida carregada de maneira peridica Figura 60, sendo realizada
a drenagem contnua ou peridica de lquidos (ferro-gusa e escria) Figura
61 pela parte inferior, com a contnua injeo de ar quente e hidrocarbonetos
pelas ventaneiras, alm da remoo de gases e poeira (material particulado)
pelo topo Figura 62.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Figura 60 - Carga slida carregada de maneira peridica pelo sistema de calha A.F III-
AMT
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Figura 61- Casa de corrida de ferro gusa da A.F III-AMT. Drenagem contnua ou peridica de lquidos
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Figura 62- Sistema de remoo de gases e poeira (material particulado) pelo topo A.FI-AMT.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Para operao com alta presso o tipo duplo cone tem sido usado,
com modificaes. Nos altos-fornos mais recentes a utilizao do topo
tipo Paul Wurth tem prevalecido, pelo fato deste sistema, que utiliza
uma calha rotativa que pode ter ngulo de inclinao varivel, permitir
uma distribuio da carga muito mais flexvel que os mtodos
anteriores. Na Figura 63 so mostrados estes dois sistemas.
.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Figura 62 - Representao esquemtica dos equipamentos de carga do topo do forno do tipo com 2
cones ou Mckee (a) e do tipo Paul Wurth (b) dotado de calha giratria e inclinao varivel
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Uma vez completado um ciclo de carga com o material descarregado de
forma uniforme na periferia do cone grande, estando fechado o cone
menor, baixado o cone grande deixando escorregar a carga para o
interior do alto-forno.
A freqncia de carregamento estabelecida de forma que a altura da
coluna da carga seja mantida aproximadamente constante, o que pode
se verificado atravs de sondas.
A freqncia de carregamento estabelecida de forma que a altura da
coluna da carga seja mantida aproximadamente constante, o que pode
se verificado atravs de sondas.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Uma preocupao na etapa de carregamento com a distribuio da
carga, tanto de coque ou carvo vegetal como a de minrio de ferro. Ao
cair no interior do forno, o material pode formar montes na forma de um M, se a altura de queda for maior (altura da coluna de carga menor)
ou ao contrrio, formam montes na forma de um V. .
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
A disposio em forma de M favorece o excesso de coque junto s
paredes e no centro do alto-forno. Se houver ocorrncia de um arranjo
de V, o minrio tende a segregar-se, ou seja, h uma tendncia para concentrao de finos do minrio junto s paredes do forno, dificultando
a passagem de gases (situao representada na Figura 64), e uma
regio mais permevel no centro do forno.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Esta ltima condio, denominada de marcha central, favorece o
aumento de produtividade, mas provoca um aumento no consumo de
combustvel e freqente formao de casces.
Independente do equipamento utilizado, quando a relao entre as
espessuras das camadas de minrio e de coque (relao
minrio/coque) cresce provoca a reduo do fluxo gasoso neste local.
.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Figura 64- Representao esquemtica do efeito da concentrao de finos de minrio no fluxo de gases no alto-forno.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
Esta ltima condio, denominada de marcha central, favorece o
aumento de produtividade, mas provoca um aumento no consumo de
combustvel e freqente formao de casces.
Independente do equipamento utilizado, quando a relao entre as
espessuras das camadas de minrio e de coque (relao
minrio/coque) cresce provoca a reduo do fluxo gasoso neste local.
.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO
O controle da marcha do forno pode ser feito atravs da variao da
altura de queda ou alterando-se a granulometria dos materiais
carregados, de forma que no exista sempre uma predominncia de
passagem dos gases s prximo s paredes ou s pela parte central do
forno. A passagem preferencial pelo centro faz com que, depois de certo
tempo, os pequenos pedaos sejam colados s paredes, reduzindo a
seo livre do forno, prejudicando a operao do mesmo. Por outro
lado, a passagem preferencial na regio prxima s paredes, provoca
um maior desgaste dos refratrios..
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO Para garantir a marcha do forno de acordo com o procedimento operacional
adotado pela usina siderrgica, so utilizados no topo do alto-forno, que emprega
o sistema de duplo cone, um sistema de carregamento normalmente constitudo
dos seguintes equipamentos:
Tremonha de recebimento
Responsvel por receber e armazenar as cargas de minrio e coque;
Distribuidor rotativo
Responsvel pela distribuio axial da carga no interior do alto-forno
Placas mveis
Tem a finalidade de direcionar a queda da carga no interior do alto-forno;
Cone grande e cone pequeno
So usados na descarga e pressurizao do forno
Sondas de nvel
Mede a velocidade de descida de carga, comunicando aos demais equipamentos
do sistema de carregamento, o momento de execuo de cada atividade;
Vlvulas selo
Responsveis pela pressurizao do topo do alto-forno. A vlvula de alvio
utilizada para igualar a presso do cone pequeno e da tremonha do topo
(presso atmosfrica), aps a transferncia do material para o cone grande;
aliviada a presso, a tremonha de cone pequeno tem a presso atmosfrica, o
que permite o recebimento do material na tremonha do topo.
.
INTRODUO AO PROCESSO DE PRODUO DE FERRO-GUSA
O ALTO FORNO Para garantir a marcha do forno de acordo com o procedimento operacional
adotado pela usina siderrgica, so utilizados no topo do alto-forno, que emprega
o sistema de duplo cone, um sistema de carregamento normalmente constitudo
dos seguintes equipamentos:
Tremonha de recebimento
Responsvel por receber e armazenar as cargas de minrio e coque;
Distribuidor rotativo
Responsvel pela distribuio axial da carga no interior do alto-forno
Placas mveis
Tem a finalidade de direcionar a queda da carga no interior do alto-forno;
Cone grande e cone pequeno
So usados na descarga e pressurizao do forno
Sondas de nvel
Mede a velocidade de descida de carga, comunicando aos demais equipamentos
do sistema de carregamento, o momento de execuo de cada atividade;
Vlvulas selo
Responsveis pela pressurizao do topo do alto-forno. A vlvula de alvio
utilizada para igualar a presso do cone pequeno e da tremonha do topo
(presso atmosfrica), aps a transferncia do material para o cone grande;
aliviada a presso, a tremonha de cone pequeno tem a presso atmosfrica, o
que permite o recebimento do material na tremonha do topo.
.
O que Ao ?
O que ferro fundido ?
O que gusa ?
Quais so as matrias primas utilizadas na produo dessas ligas?
FLUXO DE PRODUO DE AO
ALTO-FORNO
N 1
DESSULFURAO
ACIARIA
REFINO SECUNDRIO (IR-UT)
DESGASEIFICADOR
A VCUO - RH
LINGOTAMENTO CONTNUO N 1
PLACAS
MINRIOS
FUNDENTES/OUTROSSINTERIZAOCOQUERIA
P.C.I
CARVO
T.R.T
LINGOTAMENTO CONTNUO N 2
ALTO-FORNO
N 2
MQUINA DE MOLDAR GUSA
FBRICA DE LINGOTEIRAS
CARRO TORPEDO
CARVO
FUNDENTES/OUTROS
MINRIOS
REA DE REDUO Para efeito de estudo consideraremos que a fase do processo de produo denominada de reduo compreendido pelos seguintes setores bsicos: Ptios de matrias primas ou de minrios Coqueria no caso de uso de carvo mineral Sinterizao Alto forno
PRINCIPAIS MATERIAS PRIMAS PARA PRODUO DE GUSA
Minrio de ferro Carvo mineral Calcrio
MEIO DE TRANSPORTE DAS MATERIAS PRIMAS
Navios o transporte para usina, feito atravs de correias transportadoras para os ptios de armazenamento ou silos de estocagem Trens no caso de transporte realizado por trens virador
de vago e correias transportadoras para os ptios de armazenamento ou silos de estocagem Caminho atravs de bolsas ou bags abertas pelo fundo
FORMAO DAS PILHAS DE MATERIAS PRIMAS
A homogeneizao iniciada na etapa de formao de pilhas de estocagem do minrio. A formao da pilha pode ser feita atravs de camadas superpostas simples na forma de um V invertido, na forma de mltiplas camadas em V invertido e em espiral (Fig. 22). A Fig. 23 mostra a formao de uma pilha de minrio de ferro, empregando-se o equipamento se Staker/reclaimer, bem como a asperso de gua sobre a pilha para evitar o arraste de material particulado pelo vento o que acarretaria poluio
FLUXO DE MINRIO DE FERRO, CALCRIO, INCLUSE DUNITO AT A ENTRADA NA SINTERIZAO E OU CALCINAO
Recebimento do minrio; Realizao de amostragem de forma automtica; Formao de pilhas nos ptios primrios; Retirada do minrio das pilhas primrias; Transporte do minrio de ferro e do calcrio para o alto forno ou para os silos de mistura; calcrio tambm enviado para calcinao; transporte da mistura, minrio + calcrio para os silos de sinterizao ou para os ptios de homogeneizao (blendagem)
FLUXO DE MINRIO DE FERRO, CALCRIO, INCLUSE DUNITO AT A ENTRADA NA SINTERIZAO E OU CALCINAO
FLUXO DE RECEBIMENTO DE CARVO MINERAL EM USINAS SIDERRGICAS NA COSTA MARITIMA
Coqueria Unidade destinada a transformar o carvo
mineral em coque. O coque produzido atravs destilao
de misturas de carvo em baterias de fornos hermeticamente
fechadas. No processo de coqueificao h gerao de
lquidos e gases que aps resfriados e tratados so enviados
algumas vezes utilizao na prpria usina. O coque,
principal produto enviado aos altos fornos onde exerce
dupla funo, atuando como redutor dos xidos de ferro e,
como fonte trmica do processo.
PRODUO DE COQUE - CST- 1.700.000 t/ano
Caractersticas da coqueria
Bateria: 3 x 49 fornos
Altura: 6,5m
Volume til: 39,5 m3
rea til: 29 mt
Tempo de coqueificao: 16 h
Combustvel- Gs de coqueria
ndice de operao: 150%
Equip. de manuseio do coque
3 carros de carregamento
3 mquinas desenfornadora
3 carros guias
3 locomotivas eltricas
Apagamento do coque
CDQ - Apagamento a seco
CICLO OPERACIONAL DA COQUERIA
Preparao da mistura de carvo Enfornamento Aquecimento Desenfornamento Apagamento Preparao do coque Tratamento das matria volteis
CARREGAMENTO DAS BATERIAS DE COQUE
Uma coqueria possui varias baterias de fornos (cmeras ou retortas) de coqueificao. O carregamento do carvo mineral realizado Pela parte superior dessas cmeras atravs de um carro que se desloca sobre a bateria. Na fig. 29, pode ser observado a parte superior das baterias de coque e o carro de carregamento destas baterias. A fig. 30a mostra a parte superior sistema de carregamento e a 30b Uma cmera de coqueificao.
A figura 31a mostra as cmaras ou retortas que so aquecidas a 1100 C em ausncia de ar durante 16 horas e a fig. 31b mostra a sada de gases que so Recuperados devido ao seu alto poder calorfico
EVOLUO DO PROCESSO DE COQUEIFICAO
RETORTAS PARA PRODUO DE COQUE
EVOLUO DO PROCESSO DE COQUEIFICAO
COQUE
SUB-PRODUTOS GASOSOS DO PROCESSO DE COQUEIFICAO
H2- Hidrognio C4H10- Butano
CH4- Metano C2H4- Etileno
C2H6- Etano C3H6- Propileno
C3H8-Propano C2H2- Acetileno
CO2- dixido de C CO- Monxido de C
H2S- Gs sulfid. NH3- Amnia
O2 Oxignio N2- Nitrognio
SUB-PRODUTOS LQUIDOS DO PROCESSO DE COQUEIFICAO
C6H6- Benzeno
C6H5CH3 Tolueno C6H5(CH3)2- Xileno
CS2- Dissulfeto de carbono
Nas condies operacionais brasileiras, 1000Kg de mistura de
carvo, proporcionam
750 kg de coque
36 kg de alcatro (sendo 2,5 kg de naftaleno, 15 kg de leos
leves e 18,5 kg de piche)
7,28 kg de benzol total (5,35 kg de benzeno, 1,25 kg de
tolueno, 0,68 kg xileno)
12kg de sulfato de amnio e outros.
SUB-PRODUTOS SLIDOS DO PROCESSO DE COQUEIFICAO
C10H8 Naftaleno C6H5OH- Fenol
C14H10 Antraceno Compostos pesados- Alcatres e piches
FLUXOGRAMA DO TRATAMENTO DE GASES DA COQUERIA
Coque - o produto da destilao do carvo
mineral; feito em cmaras hermeticamente
fechadas a temperaturas da ordem de (900 a
1100C))
Sinterizao Unidade destinada a transformar o
minrio de ferro fino atravs de um processo de
aglomerao a quente com outros materiais
tambm finos, envolvendo calcrio, coque, rejeitos
internos e externos de processo siderrgico,
resultando em um produto poroso denominado
sinter.
PRINCIPAIS CARACTERISTICAS EXIGIDAS PARA O SINTER
No conter elementos indesejveis para o alto forno Composio qumica estvel Elevado teor em ferro Baixo volume de escria Elevada resistncia mecnica Granulometria estvel Baixa porcentagem de finos Baixa degradao sob reduo Possuir alta redutibilidade
rea til 484 m2 Largura do setor: 5,5 m
Comprimento da esteira: 88m
Alt. mx da camada : 800mm
Velocidade : de 1~6,6 m/min.
Produtividade: 38mt/m2/dia
Caractersticas da Sinterizao CST- 6.500.000 t/ano
Forno de ignio tipo:
30 queimadores -
queima de gs da coqueria
Consumo: 10.500 Kcal/mt
Resfriador de sinter
Tipo: circular
rea : 400m2
ISF
Alimentador intensificador de
segregao.
MATERIAS PRIMAS PARA PRODUO DE SINTER
Minrio ferro fino com granulometria menor que 10 mm, lama de aciaria, carepa de laminao, p de alto forno etc, formam matrias as diversas primas para produo do sinter. Quando misturadas com finos de calcrio e com finos de coque, e submetidas a um processamento na mquina de sinterizao produzido um novo produto denominado sinter. O fino de calcrio tem a funo de ajustar a basicidade e melhorar a qualidade do sinter. Este sinter denominado
auto fundente,com larga utilizao nos processos siderrgicos.
Pelota- matria prima com alto teor em ferro obtida atravs da
aglomerao de finos de minrio de ferro, coque, bentonita, calcrio.
entra no alto forno com granulometria acima de 8 mm.
Disco de pelotizao
Processo Produtivo
http://www.samarco.com/port/operacao/visao_geral.asp
PCI
Planta situada adjacente aos altos fornos destinada a preparar
e injetar atravs das ventaneiras para dentro do forno carvo
pulverizado, com objetivo de reduzir o consumo de coque.
Caractersticas operacionais PCI (Paul Wurth)- 150 kg/t
PCI
PCI
PRODUO DO GUSA
O QUE GUSA?
GUSA- um produto siderrgico cuja porcentagem de
carbono varia de 4 a 5% com um elevado teor de impurezas,
tais como P, S, Mn, Si e C. o principal produto do alto
forno. Alm dele, ainda so produzidos o gases , p e
escria de alto forno, que , so recuperados como sub-
produtos.
ONDE PRODUZIDO O GUSA? PORQUE MOTIVO
POSSUE ESSA COMPOSIO DE CARBONO?
QUAL A INFLUNCIA DOS ELEMENTOS
CONTIDOS NO GUSA EM RELO AS
PROPRIEDADES DOS SEUS SUB-PRODUTOS?
ALTO FORNO 1 - Unidade onde se produz ferro gusa. Principal
matria prima para fabricao do ao na aciaria. O alto forno um
reator metalrgico onde so carregados o sinter, pelotas, minrios,
coque e outras adies quando necessrio. Ar quente insuflado pelas
ventaneiras na parte inferior do forno em contra corrente com a carga,
promovendo em seu interior um srie de reaes qumicas de reduo
e fuso produzindo gusa e escria.
O ALTO FORNO
O alto forno de maneira geral
constitudo de equipamentos de
pesagem, de descarga de matrias
primas pelo topo do forno, de
equipamentos para limpeza dos
gases de operao, de
regeneradores de calor e
equipamentos que suportam a alta
preso.
LAY OUT DO ALTO FORNO
Este equipamento tem como objetivo efetuar a descarga da
quantidade prevista de minrio de ferro ou de coque quando
necessria, transportando-a da casa dos silos, at o topo do
forno.
EQUIPAMENTOS DE DESCARGA E PESAGEM DE
MATRIAS PRIMAS
O objetivo deste equipamento carregar o forno de matria prima
trazida pela correia principal e tambm evitar vazamento de gs pelo
topo.
Nos fornos pequenos convencionais usa-se equipamentos de carga de
topo de tipo Mackie (2 cones). Para operao com alta presso o
tipo 3 cones tem sido usado e suas modificaes 2 vlvulas selos no
lugar do cone-superior, 2 cones e uma vlvula selo tem sido usado
recentemente em operao a alta presso (na fig. 2.2.1 est mostrando
o desenho do topo do tipo 2 cones - 1 vlvula).
Nos altos fornos mais recentes a utilizao do topo tipo "Paul
Wurth" esta se tormando necessria, visto este sistema permitir uma
distribuio da carga muito mais flexvel que os mtodos anteriores
EQUIPAMENTOS DE CARGA E PESAGEM DE MATRIAS
PRIMAS
SISTEMA DE CARREGAMENTO PELO TOPO DO AF1
SISTEMA DE CARREGAMENTO DO TOPO DO AF-2
O Alto Forno constitudo de carcaa metlica, refratrios e o
sistema de refrigerao. Alm disso, equipamentos das casas de
corrida como o perfurador, canho obturador, sero descritos a
seguir.
O ALTO FORNO PROPRIAMENTE DITO
CARCAA DO FORNO
GOELA -A goela a seco atravs da qual a carga
carregada no Alto Forno a partir do equipamento da carga do
topo.
Como um ponto de referncia da linha de carga, de modo
grosseiro, toma-se o nvel central. O volume interno de um
Alto Forno definido como sendo o volume entre esse nvel
de referncia e o nvel do furo de gusa.
CUBA E VENTRE
O dimetro interno de cuba cresce a medida que se desce ao longo dele e
conectado ao ventre.
Esta regio revestida por tijolos refratrios.
A refratariedade dos tijolos alterada de acordo com a temperatura interna
do forno.
O ventre possui o maior dimetro no Alto Forno, e est sujeito a severas
condies de eroso de seus refratrios como pr-aquecimento, reduo e
fuso parcial da carga.
A espessura dos tijolos varia de 800 a 1000 mm.
Para proteo, sistemas de refrigerao so utilizadas, garantindo maior
vida til desta regio.
CUBA E VENTRE
O dimetro interno de cuba cresce a medida que se desce ao longo dele e
conectado ao ventre.
Esta regio revestida por tijolos refratrios.
A refratariedade dos tijolos alterada de acordo com a temperatura interna
do forno.
O ventre possui o maior dimetro no Alto Forno, e est sujeito a severas
condies de eroso de seus refratrios como pr-aquecimento, reduo e
fuso parcial da carga.
A espessura dos tijolos varia de 800 a 1000 mm.
Para proteo, sistemas de refrigerao so utilizadas, garantindo maior
vida til desta regio.
SITEMA STAVE COOLER
SADA
AGUA
ENTRADA
AGUA
HEAD TANQUE HEAD TANQUE
GUA DESMINERALIZADA
VAZO = 2000 m3/h
DN
- 3
00
B
2
1
B
2
1
B
2
1
CRAAF
1
2
DN
- 1
20
0
GUA
DESMINERALIZADA
2
1 ALIMENTAO GUA RECIRCULADA
RETORNO GUA
RECIRCULADA
DN - 1200
ALTO FORNO N 1 - SISTEMA DE REFRIGERAO DOS STAVES
HEAD TANQUE HEAD TANQUE
GUA DESMINERALIZADA
VAZO = 2000 m3/h
DN
- 3
00
B
2
1
B
2
1
B
2
1
CRAAF
1
2
DN
- 1
20
0
GUA
DESMINERALIZADA
2
1 ALIMENTAO GUA RECIRCULADA
RETORNO GUA
RECIRCULADA
DN - 1200
ALTO FORNO N 1 - SISTEMA DE REFRIGERAO DOS STAVES
HEAD TANQUE HEAD TANQUE
GUA DESMINERALIZADA
VAZO = 2000 m3/h
DN
- 3
00
B
2
1
B
2
1
B
2
1
CRAAF
1
2
DN
- 1
20
0
GUA
DESMINERALIZADA
2
1 ALIMENTAO GUA RECIRCULADA
RETORNO GUA
RECIRCULADA
DN - 1200
ALTO FORNO N 1 - SISTEMA DE REFRIGERAO DOS STAVES
HEAD TANQUE HEAD TANQUE
GUA DESMINERALIZADA
VAZO = 2000 m3/h
DN
- 3
00
B
2
1
B
2
1
B
2
1
CRAAF
1
2
DN
- 1
20
0
GUA
DESMINERALIZADA
2
1 ALIMENTAO GUA RECIRCULADA
RETORNO GUA
RECIRCULADA
DN - 1200
ALTO FORNO N 1 - SISTEMA DE REFRIGERAO DOS STAVES
HEAD TANQUE HEAD TANQUE
GUA DESMINERALIZADA
VAZO = 2000 m3/h
DN
- 3
00
B
2
1
B
2
1
B
2
1
CRAAF
1
2
DN
- 1
20
0
GUA
DESMINERALIZADA
2
1 ALIMENTAO GUA RECIRCULADA
RETORNO GUA
RECIRCULADA
DN - 1200
ALTO FORNO N 1 - SISTEMA DE REFRIGERAO DOS STAVES
HEAD TANQUE HEAD TANQUE
GUA DESMINERALIZADA
VAZO = 2000 m3/h
DN
- 3
00
B
2
1
B
2
1
B
2
1
CRAAF
1
2
DN
- 1
20
0
GUA
DESMINERALIZADA
2
1 ALIMENTAO GUA RECIRCULADA
RETORNO GUA
RECIRCULADA
DN - 1200
ALTO FORNO N 1 - SISTEMA DE REFRIGERAO DOS STAVES
RAMPA
A rampa um cone invertido ligando o ventre ao cadinho.
Normalmente, tijolos de carbono so usados no seu revestimento,
com espessuras de 500 a 800 mm.
Resfriamento por gua feito externamente atravs de "chuveiros",
"camisas" ou "staves".
Devido sua localizao na zona de fuso da carga, o tanque aos
tijolos so severos.
CADINHO
O dimetro do cadinho, juntamente com o volume interno,
usado para dar as dimenses do Alto Forno. A parede interna
do cadinho revestida de tijolos grandes de carbono. Nos nveis
de 700 a 2000 mm acima do fundo existem os furos de gusa.
Os vazamentos so efetuados 8 a 12 vezes por dia, buscando
sempre o menor nmero de vazamentos. Cerca de 30 a 40
ventaneiras so colocadas na parte superior do cadinho, todas no
mesmo nvel e com a distribuio mais uniforme possvel. As
ventaneiras so geralmente feitas de cobre, e possuem eficiente
sistema de refrigerao por gua.
Caractersticas do A.F.-1 CST- 3.600.000 t/ano
Volume interno: 4415 m3
Volume efetivo: 3707 m3
Dimetro do cadinho: 14m
Ventaneiras: 38
Canais de corrida: 4
Altura: aprox. 110 m
Regeneradores :4
Sist. de carreg. Correia T. -1
Prod. mdia diria 10000 mt/ dia
Volume de sopro: 6.800nm3/min
Presso de sopro : 4,4 kg/cm2
Temperatura de sopro- 1250C
Presso de topo: 2,5 kg/cm2
Injeo de O2 : 40 nm3/mt
Gs de alto forno: 1.420nm3/mt
Cargas por dia: 222
Carga metlica: 65% sinter, 25%
pelotas, 10% minrio.
Consumo de coque: 330kg/t
Produo de escria: 250 kg/mt
Caractersticas do A.F.-2 CST- 1.300.000 t/ano
Volume interno: 1550m3
Volume efetivo: 1374 m3
Dimetro do cadinho: 8m
Ventaneiras: 22
Canais de corrida: 2
Altura: aprox. 65 m
Regeneradores :2
Sist. de carreg. Correia T. -1
Prod. mdia diria 3.900 mt/ dia
Volume de sopro: 6.800 nm3/min
Presso de sopro : 4,4 kg/cm2
Temperatura de sopro- 1250C
Presso de topo 2,5 kg/cm2
Injeo de O2 : 40 n m3/mt
Gs de alto forno: 1420nm3/mt
Cargas por dia: 222
Carga metlica: 65% sinter, 25%
pelotas, 10% minrio.
Consumo de coque: 315 kg/t
Produo de escria: 250 kg/mt
Carregamento do forno
O alto-forno, continuamente e carregado na parte superior
onde so empilhados, em camadas sucessivas, o minrio de
ferro, fundentes (CaCO3, SiO2, etc.) e o coque (resduo slido
da destilao do carvo mineral composto basicamente de
carbono). Pelas ventaneiras do alto-forno injetado, sob alta
presso, ar quente com temperatura em torno de 1250C.
PRINCIPAIS REAES AF
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