ITmk 3 Processo de fabricação de pepitas de ferro

ITmk3 Processo de fabricação de pepitas de ferro

O processo ITmk3 também é conhecido como Tecnologias de fabricação de ferro (IT) marca 3 e é uma das tecnologias de redução de carvão. A marca IT 1 é o processo de fabricação de ferro por alto-forno (BF), enquanto a marca IT 2 é a fabricação de ferro por redução direta principalmente por processos de redução baseados em gás (Fig 1). Este processo foi desenvolvido pela Kobe Steel e é amigo do ambiente.

Fig 1 Tecnologias de fabricação de ferro

Histórico de desenvolvimento

Os testes de laboratório do processo foram realizados de 1996 a 1998. Durante o período de 1999 a 2000, uma pequena planta piloto com capacidade de 3.000 toneladas por dia foi construída e operada na Kakogawa Works of Kobe Steel, Japão. Nos anos de 2002 a 2004, uma planta piloto de demonstração de 25.000 toneladas por ano foi construída e operada em Minnesota, EUA. A construção da primeira planta comercial com capacidade de 500.000 toneladas por ano começou em Hoyt Lakes Minnesota em 2007 e a operação nesta planta começou em janeiro de 2010. 





processo ITmk3

O processo ITmk3 é um processo rápido de fabricação de ferro que inclui redução de minério, cementação e fusão de ferro e separação de escória, tudo a temperaturas relativamente baixas. O processo de quatro etapas consiste em (i) aglomeração de minério de ferro e carvão, (ii) redução e fusão dos aglomerados, (iii) separação do ferro metálico da escória e (iv) tratamento dos gases de exaustão e recuperação do calor.

Nesse processo, concentrado de minério de ferro e carvão não coque (agente redutor), calcário (fluxo) e bentonita (ligante) são misturados e aglomerados em pelotas verdes auto-redutoras. Esses pellets são alimentados em um forno rotativo (RHF) onde as bolas verdes secas auto-redutoras e fluidas são reduzidas, cementadas e fundidas. O produto é ferro granulado chamado pepitas de ferro. O processo no diagrama de fases de carbono de ferro (Fe-C) é mostrado na Fig 2.

Fig 2 – Processo ITmk3 no diagrama de fases ferro-carbono  

O processo ITmk3 produz ferro granulado de alta pureza (pepitas de ferro) usando finos de minério de ferro e carvão não coqueificável. O processo é diferenciado com redução, cementação, fusão e separação da escória (Fig. 3). O processo ocorre em temperaturas mais baixas (em torno de 1350°C) e, portanto, diferente da siderurgia convencional por alto-forno (BF). No processo ITmk3 a reação de redução ocorre em 10 minutos ao contrário de 8 horas em BF e 6 horas nos processos de redução direta baseados em gás.

Durante o processo, a redução do minério de ferro ocorre em várias etapas. Essas etapas são mostradas na Figura 3.

Fig 3 – Etapas do processo durante a redução no processo ITmk3 

As principais características do processo são apresentadas a seguir.

• O processo utiliza finos de minério de ferro de baixo teor que são moídos em partículas finas e beneficiados para produzir concentrado de minério de ferro de alto teor. Este concentrado é convertido em pellets verdes.
• O carvão não coqueificável é usado como redutor.
• Os pellets são carregados em um forno rotativo (RHF), aquecido a 1350 graus C, reduzido, fundido e separado em metal e escória.
• O ferro fundido é solidificado em pepitas dentro do forno, descarregado após o resfriamento e separado da escória.
• O processo é simples e utiliza equipamentos convencionais. Além disso, o pequeno tempo de retenção também facilita a partida e parada da planta. Finos de minério de ferro e carvão pulverizado são aglomerados em pelotas compostas.

O fluxograma para o processo ITmk3 é dado na Fig 4.

Fig 4 – Fluxograma do processo ITmk3

As reações entre minério de ferro e carvão permanecem as mesmas do processo geral de fabricação de ferro e são dadas abaixo.

FexOy + yCO =xFe + yCO2

CO2 + C =2CO

C(s) =C (carburizado)

Fe(s) =Fe(l) (fusão)

As duas últimas reações são reações adicionais no processo ITmk3. Essas reações adicionais são para a separação do ferro metálico da escória.

Produto do processo ITmk3

ITmk3 produz pepitas de ferro sem escória (Fig 5) que têm propriedades químicas e físicas semelhantes às do ferro gusa. Possui teor de ferro metálico na faixa de 96% a 97%, teor de C na faixa de 1,7% a 3,5%. O teor de enxofre das pepitas de ferro é de cerca de 0,5%. A densidade das pepitas de ferro está na faixa de 6,5 gramas/centímetro cúbico (g/cc) a 7,0 g/cc. As pepitas de ferro têm melhor fundibilidade do que o ferro gusa produzido a partir do metal quente BF, pois possui baixo ponto de fusão e maior condutividade térmica. As pepitas de ferro possuem tamanho que facilita o transporte e manuseio. Não reoxidam e também não geram finos durante o manuseio. Outra característica vantajosa das pepitas de ferro é que elas podem ser carregadas continuamente no forno elétrico a arco (EAF) semelhante ao carregamento de ferro reduzido direto (DRI) ou ferro briquetado a quente (HBI).

Fig 5 – Pepitas de ferro

Valores de consumo específicos para o processo ITmk3

Os consumos específicos de materiais e utilidades por tonelada de pepitas para o processo ITmk3 são (i) finos de minério de ferro – 1,5 toneladas, (ii) carvão não coqueificável – 0,5 toneladas, (iii) gás combustível – 1,1 giga calorias, (iv) energia elétrica potência – 200 kWh, (v) água – 2 cum, (vi) ar comprimido – 85 cum, e (vii) nitrogênio – 12 cum.

Controle de ambiente

ITmk3 – A rota do processo de fabricação do aço EAF produz menos poluentes em relação à rota do processo BF – BOF. A redução percentual na rota de processo ITmk3 - EAF em comparação com a rota de processo BF - BOF são (i) monoóxido de carbono (CO) - 96%, (ii) óxidos de nitrogênio (NOx) - 65%, (iii) di- enxofre óxido (SO2) – 77,7%, (iv) compostos orgânicos voláteis (VOC) – 86,5%, (v) dióxido de carbono (CO2) – 41,1%, e (vi) mercúrio (Hg) – 58,0%.

Layout típico do processo ITmk3

O layout típico que fornece o requisito de terra para o processo ITmk3 é mostrado na Fig 6

Fig 6 – Layout de planta típico para o processo ITmk3

Vantagens do processo ITmk3

O processo ITmk3 tem várias vantagens sobre outros processos de fabricação de ferro. Essas vantagens incluem (i) o processo é simples, (ii) o processo permite a redução direta de finos de minério de ferro com carvões não coqueificáveis, (iii) o processo é energeticamente eficiente, pois consome cerca de 30% de menos energia do que a energia consumida durante siderurgia pela BF, (iv) o processo resulta em menores emissões de CO2, (v) o processo está tendo baixo investimento de capital, pois elimina a planta de sinter/pellets e a bateria do forno de coque, (vi) o processo utiliza matérias-primas mais baratas, como minério de ferro finos e carvões não coqueificáveis, (vii) o processo produz pepitas de ferro de alta qualidade com melhor fundibilidade do que o ferro gusa durante a fase de fabricação do aço, (viii) o processo elimina a necessidade de manuseio de ferro líquido, (ix) as pepitas de ferro são livres de escória , livre de elementos residuais, livre de reoxidação, não gera finos e, portanto, fácil de transportar, (x) a operação e ajuste do processo é simples e o processo também facilita o ajuste da produção por partida e parada, (xi) o igual Os equipamentos utilizados no processo são simples e com confiabilidade comprovada.