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INDÚSTRIA SIDERÚRGICA

MINÉRIO DE FERRO Finos Granulados Pelotas. SUCATA Aço Reciclado. PRODUTOS PRIMÁRIOS DE AÇO Chapas Barras Vergalhões Perfis. Produtos Manufaturados - Indústria Metal-Mecânica. INDÚSTRIA SIDERÚRGICA. SINTER FEED ( < 6 mm >0,15 mm). GRANULADO ( > 6 mm). PELLET FEED ( < 0,15 mm).

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INDÚSTRIA SIDERÚRGICA

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Presentation Transcript


  1. MINÉRIO DE FERRO Finos Granulados Pelotas SUCATA Aço Reciclado PRODUTOS PRIMÁRIOS DE AÇO Chapas Barras Vergalhões Perfis Produtos Manufaturados - Indústria Metal-Mecânica INDÚSTRIA SIDERÚRGICA

  2. SINTER FEED ( < 6 mm >0,15 mm) GRANULADO ( > 6 mm) PELLET FEED ( < 0,15 mm) PELOTIZAÇÃO SINTERIZAÇÃO PELOTA SINTER REATORES DE REDUÇÃO TIPOS GRANULOMÉTRICOS GERADOS NA MINERAÇÃO DE FERRO

  3. Formas de se obter o ferro metálico: • por fornos de redução direta - normalmente se utiliza-se como redutor o gás e como fonte de calor a energia elétrica. A característica principal destes fornos é que a temperatura utilizada no interior dos mesmos é baixa (~ 1100°C) portanto, obtém-se o ferro esponja no estado sólido. • por fornos de redução indireta - no seu interior as temperaturas (~ 1900 °C) produzindo-se ferro gusa líquido (~ 1500 °C) e que devido ao elevado teor de carbono (cerca de 4,0%) devera ser tratado posteriormente para a produção do aço.

  4. PLANTA DE SINTERIZAÇÃO OXIGÊNIO (SINTER) SINTER FEED ALTO ACIARIA FORNO LD FERRO GUSA GRANULADO / (Líquido) PELOTAS COQUERIA SUCATA (COQUE) CARVÃO SIDERURGIA VIA ALTO FORNO

  5. SINTER PELOTAS GRANULADO COQUE MINÉRIO DE FERRO RESFRIADOR REGENERADOR DE CALOR MÁQUINA DE SINTERIZAÇÃO CARVÃO COQUEIFICÁVEL AR FORNOS DA COQUERIA FERRO GUSA E ESCÓRIA ALTO FORNO RESFRIADOR SIDERURGIA VIA ALTO FORNO

  6. SIDERURGIA VIA REDUÇÃO DIRETA

  7. Granulado AF CONVERSOR E / OU Ferro Gusa Aço Líquido Minério de Ferro Sinter Feed Sinter ALTO FORNO LINGOTAMENTO SINTERIZAÇÃO E / OU PLACAS . Bobinas . Tubos c/ Costura . Chapas Pelota AF LAMINAÇÃO Coque Carvão TARUGOS . BARRAS . FIO MÁQUINA . VERGALHÕES BLOCOS COQUERIA . PERFIS ESTRUTURAIS . TRILHOS E TALHAS Fundente USINA INTEGRADA A COQUE

  8. Granulado RD REDUÇÃO DIRETA FORNO ELÉTRICO Sucata Minério de Ferro E / OU Ferro Esponja Pelota RD Gás Redutor Gás Natural Aço Líquido REFORMADOR LAMINAÇÃO PLACAS . BOBINAS . TUBOS C/ COSTURA . CHAPAS LINGOTAMENTO BLOCOS TARUGOS . PERFIS ESTRUTURAIS . TRILHOS E TALHAS . BARRAS . FIO MÁQUINA , VERGALHÕES USINA INTEGRADA REDUÇÃO DIRETA

  9. PROCESSOS DE REDUÇÃO DIRETA São processos metalúrgicos para obtenção de ferro a partir de seus minérios, sem que haja a fusão da carga metálica durante o processo. O produto de redução direta de minérios de ferro é denominado "ferro esponja".

  10. FERRO ESPONJA É um produto metálico com: • 85 a 95% de Fe • 0,1 a 1,0% de C, podendo chegar a 2,0%C. Tem aspecto esponjoso e é obtido no estado sólido diretamente do minério de ferro a temperatura aproximada de 1100°C.

  11. Generalidades: Os modernos processos de fabricação se diferenciam dos antigos por: • Sua grande produção; • Alto grau de mecanização; • Uso de gás natural em quase todos os processos, seja como combustível, seja como gás redutor.

  12. Vantagens de utilização do ferro esponja: Na fabricação de aço em fornos elétricos: • Trata-se de ferro metálico obtido diretamente do minério em uma só operação, a preços relativamente reduzidos se comparado a grandes siderúrgicas;

  13. Vantagens de utilização do ferro esponja: • é um produto que substitui em parte a sucata, que esta cada vez mais escassa e preços bastantes irregulares; • Com sua fabricação tende-se a reduzir o emprego do coque que é necessário nos Alto-Fornos, pois este redutor necessita de carvão mineral coqueificável e cujas reservas estão cada vez mais escassas.

  14. Vantagens de utilização do ferro esponja: • 0 ferro esponja e um processo altamente viável em países pouco industrializados, com minérios de alta qualidade, com escassez de sucata e com gás natural em abundância como: BRASIL, MÉXICO, VENEZUELA.

  15. PROCESSO CLÁSSICO DE FABRICAÇÃO DE AÇO • Produto intermediário Gusa - 2 a 4,5 %C • Necessidade de oxidação para 0,40 a 0,10 %C no mínimo.

  16. PROCESSOS EMPREGADO EM MINI-ACIARIA PARA FABRICAR AÇO Tem-se a grande vantagem de eliminar o convertedor LD e produzir aço com fornos elétricos a partir minérios de ferro (oxidação limitada...)

  17. PROCESSO REDUÇÃO DIRETA • Produto não tem produto interme-diário (ou seja não produz gusa) • O produto sai com baixo C. eliminando grande parte da oxidação.

  18. PRINCIPAIS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE Fe-ESPONJA a) Processos de retorta - HYL - HOGANA b) Processos em fornos rotativos - KRUPP - RENN - SLIRN - STEICO - LURGI - DORED

  19. PRINCIPAIS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE Fe-ESPONJA c) Processos com leitos fluidizados - FERRO.H - ESSO-LITTLE - NU-IRON - HIB-NOVALFER d) Processos com fornos de cuba - WIBERG - MIDREX - PUROFER - ARMCO.

  20. ALGUNS PROCESSOS DE REDUÇÃO DIRETA

  21. PRINCIPAL CARACTERÍSTICA – USO DE GASES REDUTORES ALGUNS PROCESSOS DE REDUÇÃO DIRETA

  22. 1. PROCESSO HOGANNAS • É o mais antigo processo de obtenção de ferro esponja que se utiliza na atualidade. • Foi desenvolvido por Sieurim, em 1911, na usina de Hôgannas, SUÉCIA. • Várias instalações deste tipo na Suécia possuíam em media capacidade de produção de 20.000 t/ano cada.

  23. É um processo de fabricação relativamente caro. • 0 Ferro esponja Hogannas tem aplicação como carga em fornos elétricos • Em geral tem aplicação onde se exige um ferro esponja de alta pureza.

  24. PROCESSO DE FABRICAÇÃO PROCESSO HOGANAS - Os finos de minério de ferro são carregados verticalmente dentro de potes de proteção de material refratário (carbeto de silício).

  25. A parede interior do pote fica protegida por uma camada de mistura redutora, (carvão e coque + calcário) de modo a evitar a aderência do ferro esponja na parede cerâmica, e fornecer gás redutor. • Os tubos refratários são colocados em carrinhos e introduzidos em fornos túneis (comprimento de 165m para 20.000 t/ano)

  26. Os fornos túneis são aquecidos a gás natural ou gasogênio; • Os tubos refratários são aquecidos até - 1200ºC; • Durante o aquecimento o minério é reduzido a ferro sem fusão. • Durante a reação parte do redutor e consumido e o restante protege o ferro-esponja contra reoxidação no período de resfriamento.

  27. O CO é proveniente das seguintes fontes: • Calcário CaCO3Δ CaO(s) + CO2(g) CO2(g) + C(S)  2CO(g) (ii) produto da combustão do carbono C(s) + O2(g) CO2(g) CO2(g) + C(S)  2CO(g)

  28. REDUÇÃO NORMAL Fe2O3(s) + CO(g)  2Fe3O4(s) + CO2(g) Fe304(s) + CO(g)  3FeO(s) + CO2(g) FeO(s) + CO(g)  Fe(s) + CO2(g)

  29. O CO funciona como redutor; • O CO funciona como combustível - queima ao sair dos tubos refratários • O resfriamento dos tubos é no final do túnel (onde o ar de combustão é pré-aquecido) • Os tubos deixam o forno túnel à temperaturas C 150°C • são descarregados / ferro britado e compactado, coque - recirculado

  30. CONSUMO DE COMBUSTÍVEL • Redutor - 530 kg coque/t Fe; • Energia elétrica para acionar equipamentos auxíliares 75 Kwh/t. FASES DO PROCESSO HOGANNAS • Período de secagem e preaquecimento até T- 1200°C; • Duração 4 dias; • Período de redução (4 dias); • Período de resfriamento (4 dias); • TOTAL 12 dias.

  31. VANTAGENS DO PROCESSO HOGANNAS • Os minérios finos podem ser tratados diretamente sem necessidadede aglomeração prévia; • Se consegue alta metalização; • Pode-se utilizar minérios com granulometria inferior 25mm; • Pode-se usar carvões de baixa qualidade; • Pode-se controlar o teor de enxofre, se necessário, com adições de cal, dolomita calcinada na carga.

  32. DESVANTAGENS • Alto custo - alto preço dos tubos refratários; • alto custo de mão-de-obra (necessita de 27 homens para produzir 40.000 t/ano); • Difícil mecanização; • Instalação de pequena capacidade e altos custos.

  33. FERRO ESPONJA HOGANNAS Composição: Fe total  97% Fe metálico  93% C  0,25% P  0,010% S  0,010% Ganga  2,0%

  34. 2. PROCESSO WIBERG • Desenvolvido em 1918 em Soederfers, Suécia, por Martin Wiberg; • A redução do mineral é feita num forno vertical de Cuba; • Em seu interior (forno) o mineral entra em contato com gases redutores (CO(g) e H2(g) );

  35. INSTALAÇÕES DO PROCESSO WIBERG CARBURADOR (produz gás redutor); TORRE DE DESSULFURAÇÃO; FORNO DE REDUÇÃO.

  36. Processo wiberg-soderfors FORNO DE REDUÇÃO CARBURADOR TORRE DE DESSULFURAÇÃO

  37. CARBURADOR (produz gás redutor); • forno de cuba vertical contendo coque ou carvão vegetal; • o coque/carvão vegetal entram no forno pela parte superior; • os gases utilizados no forno de redução entram pela parte superior do carburador; • composição de entrada (48% CO, 28% CO2, 20% H2 e 10% H2O); • O gás flui de cima para baixo;

  38. CARBURADOR (produz gás redutor); • o gás é aquecido por pares de eletrodos inclinados com tensão entre 110 e 220 V; • adiciona-se H2O no carburador para gerar H2; • H2O + C  H2 + CO • CO2 + C  2CO • o gás sai pela parte inferior do carburador a ~1100º C • 60% CO, 3,0% CO2, 2,0% H2O, 25% H2.

  39. Processo wiberg para 20000 t

  40. TORRE DE DESSULFURAÇÃO • forno de cuba vertical com refratário dolomítico; • serve para absorver parte do S do gás que sai do carburador; • carrega-se na parte superior a dolomita; • o gás do carburador entra na parte inferior e sai na superior em contra corrente com a dolomita; • o dolomito calcinado sai na parte inferior da torre com ~5 a 7% de S na forma de CaS e MgS.

  41. o consumo de dolomita é de cerca de 60kg/t de Fe; • Suficiente para garantir que o %S no Fe esponja não ultrapasse 0,002% a 0,004%; • FORNO DE REDUÇÃO • forno vertical de cuba; • o minério é carregado no parte superior do forno e é pré-aquecido com a queima de parte do gás ascendente (~1/4 do forno) – injeta ar; • o gás proveniente da torre de dessulfuração entra no forno pela parte inferior a ~ 1000 ºC;

  42. 75% do gás ascendente é desviado para o carburador na metade do forno; • 25% do gás restante segue reduzindo o minério, e é queimado para pré-aquecimento do minério. • o gás queimado para aquecimento do minério tem a seguinte composição: 11%CO2, 4,5%H2O, 15%O2 e 65%N2

  43. REGIÕES DO FORNO DE REDUÇÃO • PROCESSO WIBERG • 1) Zona de pré-aquecimento • parte superior do forno; • minério é pré-aquecido pela queima do gás ascendente; • temperatura de pré-aquecimento T ~ 600º C • 2) Zona de pré-redução • situada na parte superior imediatamente abaixo da zona de pré-aquecimento

  44. Reações 3Fe2O3(s) + CO(g)  2Fe3O4(s) + CO2(g) 3Fe2O3(s) + H2(g)  2Fe3O4(s) + H2O(g) Fe3O4(s) + CO(g)  3FeO(s) + CO2(g) Fe3O4(s) + H2(s)  3FeO(s) + H2O(g) TEMPERATURAS ~800 ºC

  45. REGIÕES DO FORNO DE REDUÇÃO • PROCESSO WIBERG • 3) Zona de Redução • Temperaturas ~ 1000 a 1200 °C; • Reações FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g) • FeO(s) + H2(g) = Fe(s) + H2O(g)4) Zona de resfriamento • situada na parte inferior do forno; • a temperatura do Fe esponja baixa ~ 150º C; • a parede do forno e resfriada com H2O.

  46. CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO WIBERG • pode-se usar sinter, pelotas ou minério bitolado • granulometria do minério 25 - 80mm • %Fe > 65% • % de P o mais baixo possível • consumo de coque ~ 200 - 230 kg/t Fe • consumo de eletricidade ~ 900 - 1000 kwh/t Fe

  47. VANTAGENS DO PROCESSO • a) baixo investimento de capital • b) Processo contínuo • c) Fácil mecanização • DESVANTAGENS • deve-se utilizar minério de alta pureza e alta redutibilidade - poroso); • b) o carburador utiliza combustíveis caros (coque, carvão vegetal);

  48. c) produção pequena, apenas 80 t/dia; d) os materiais devem possuir boa resistência mecânica e uma certa granulometria para dar permeabilidade a passagem dos gases redutores.

  49. FERRO ESPONJA WIBERG Composição: Fe total  90% Fe metálico  82% C  0,9% P  0,010% S  0,010%

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