Resumo de Redução

Introdução

A redução dos óxidos de ferro pode ser feita através de: alto forno, forno elétrico e redução direta.

Alto forno e forno elétrico: Gusa liquido: 94% de Fe, 4% de C e elementos como: Si, P, S. Escória: SiO2, Al2O3, CaO, MgO e cinzas do combustível utilizado.

Redução Direta: ferro esponja e compostos que formam a ganga do minério.

Alto Forno

Matérias primas: minério de ferro, fundentes e combustível.Produtos e coprodutos: Gusa, escória, gás de alto forno e poeira.

Sistemas de CarregamentoApós os materiais serem pesados no sistema de carregamento é necessário fazer enfornamento destes. São conhecidos dois sistemas de carregamento: Duplo Cone e Bell Less Top. No duplo cone a distribuição da carga é feita através de palhetas nas paredes do forno enquanto que no BLT uma calha rotativa realiza a distribuição da carga (permitindo uma distribuição mais eficiente).

Sistemas de refrigeraçãoPlacas de resfriamento retangulares de ferro fundido que ficam entre o refratário e a chapa de aço de blindagem, dentro delas tem um tubo de aço onde corre água.Staves (Chuveiros externos): maior eficiência do que as placas, a refrigeração é feita por meio de um filme continuo de água. Esses staves são instalados na parte superior do cadinho e da rampa.

As ventaneirasO conjunto porta-vento é responsável por conduzir o ar pré aquecido nos regeneradores para o interior do alto-forno.A ventaneira tem formato cônico, é feita de cobre e é refrigerada a água.

Sistemas de limpeza dos gases do topoNo sistema de alto forno tem –se uma grande geração de CO, CO2, N2 e H2. Esses gases passam com alta velocidade no topo do alto forno arrastando partículas mais finas. Para sua utilização nos regeneradores de calor é necessário remover as partículas mais finasConfigurações mais comuns:Coletor de pó: Retira o pó mais grosso através de separação por gravidade. Contém lavador, precipitador, espessador, bombas, e filtro de lama.Lavadores Venturi: lavam o GAF utilizando aspersão de água para remover as partículas mais finas.

Regeneradores de calorCowpers: câmara de combustão e câmara de regeneração. Dois estágios: combustão e sopro.Glensdons: gás de AF entra e queima na parte externa das garrafas e o ar frio dentro delas é aquecido.

Aspectos físicos internos do Alto fornoZona granular: zona onde a carga metálica e o coque descem em contracorrente com os gases (S+G).Zona de amolecimento e fusão (coesiva): zona onde a carga metálica fica no estado de amolecimento, até fusão completa.Zona de gotejamento: esta zona contém coque na forma sólida, em cujos interstícios gotejam o gusa e a escória. Essa zona engloba a zona de coque ativa, homem morto e zona de combustão.Zona de combustão: é uma região parcialmente vazia em frente às ventaneiras, devido à elevada energia cinética do sopro de ar quente. À medida que as partículas de coque circulam, vão sendo queimadas, gerando o gás redutor e energia.

O perfil de temperaturas no Alto FornoH1 e H3: região inferior de trocas térmicas;H2: zona de reserva térmica, a causa de sua existência é a reação “Solution Loss”.Solution Loss: reação altamente endotérmica e tem alta energia de ativação (temperatura bem definida de inicio da reação).Os gases saem da zona de combustão reduzindo os óxidos e fornecendo calor para o aquecimento e para reações endotérmicas (solution loss). Quando os passes chegam a 800C e 950C a solution loss para de ocorrer. Durante o tempo que os gases não podem perder mais calor (se mantém a 800C ou 950C) é a ZRT.

Zona de preparaçãoCarbono não reage, material inerte. Situa-se acima do limite inferior da ZRT englobando esta. Nessa zona a carga é secada, pré-aquecida e pré-reduzida.Condições ideais na zona de preparação:

Toda Fe3O4 é reduzida a FeO; (fator Omega mede a eficiência da pré-redução dos óxidos de ferro. Omega=máxima transferência de oxigênio na zona preparação).

Os gases entram na ZRT em equilíbrio termodinâmico com o Fe e FeO (assumida como verdadeira sempre).

As trocas térmicas gás/sólido são perfeitas.Para que Omega tenda a zero:

Temperatura elevada; Bom contato G/S; Tempo de residência da carga metálica na ZP; Boa qualidade da carga.

Zona de preparaçãoSituada abaixo da zona de reserva térmica (parte da ZS, ZAF, HM e ZC), carbono reage com o gás CO2.Fases das trocas térmicas na zona de elaboração:

HM: calor dos gases é cedido ao gusa e escoria; ZAF: ocorre a fusão do gusa e escoria; e boa parte da redução final do FeO a Fe; ZS: acima da ZAF e abaixo da ZRT, maior parte da redução do minério de ferro e

gaseificação do carbono; Juntos ás paredes: perda térmica que afeta no consumo de carbono.

Na zona de elaboração são reduzidas e incorporadas todas as impurezas do forno e volatizados os álcalis que circulam dentro do forno.

As matérias primas são carregadas pelo topo e descem em contra os gases que sobem reduzindo os óxidos.

Inicialmente ocorre a oxidação do carbono do coque pelo oxigênio do ar, conforme a reação (1), gerando grande quantidade de calor. Como o CO2 é instável na presença de carbono acima de 1000°C e existe carbono em excesso (coque) a reação 2 conhecida como reação de Boudouard, se desenvolve rapidamente. Desta forma, para efeito termodinâmico, tudo se passa como se somente ocorresse a reação 3, ou seja, todo o oxigênio do ar injetado no alto forno queima o carbono do coque produzindo CO. Esta reação só ocorre em temperaturas acima de 800oC e como pode ser visto, consome carvão.O CO gerado pela reação reagirá com os óxidos reduzindo então a carga, seguindo as reações que seguem:

Fatores que afetam a permeabilidade da carga:Distribuição da carga;Granulometria da carga ( deve ser a mais estreita possível);Qualidade da carga ( não deve degradar muito dentro do forno);Drenagem da escoria ( o forno deve estar sempre vazios de líquidos).

Características operacionais:Deve-se trabalhar com o menor volume de escoria possível;A temperatura de sopro deve ser a mais alta possível, desde que não acarrete problemas na permeabilidade do forno;A refrigeração aumenta a durabilidade do refratário;Busca-se uma temperatura (influenciada pela altura do homem morto, temperatura de chama e consumo especifico de carbono) e um teor de silício do gusa constantes (função da altura do HM,pressão de sopro(menor pressão maior teor de Si no gusa) e composição da escoria);Um HM maior eleva os níveis térmicos do forno.