Estratégias Eficazes de Descarregamento e Transporte a Quente de Ferro Reduzido Direto

Métodos de Produção e Opções de Descarregamento

Dois principais métodos de produção de Ferro Reduzido Direto (FRD / DRI – Direct Reduced Iron):

1. Processo a gás em forno de eixo vertical (shaft furnace).
2. Processo a carvão em forno rotativo.

Em ambos, reações de redução ocorrem em estado sólido; temperaturas máximas: 850–1050 °C.

Processo a carvão: FRD produzido mistura-se com carvão vegetal (char) que deve ser separado. Mistura FRD-char resfriada em resfriador rotativo; char separado por separação magnética.

Processo em forno de eixo vertical: sem char, três opções de descarregamento:

• FRD a frio (CDRI – Cold DRI)
• Ferro Briquetado a Quente (HBI – Hot Briquetted Iron)
• FRD a quente (HDRI – Hot DRI)

FRD a Frio (CDRI)

A maioria dos fornos de eixo vertical produz CDRI. FRD após redução é resfriado na parte inferior do forno a ~50 °C. Armazenado temporariamente em silos para passivação antes de transportado a aciaria próxima para uso posterior. CDRI tem propriedade de autoignição → precauções especiais no transporte/armazenamento (normas IMO – Organização Marítima Internacional). Material mais adequado para carregamento contínuo em Forno a Arco Elétrico (EAF).

Ferro Briquetado a Quente (HBI)

Produzido há >30 anos. Método desejável para preparação de FRD para armazenamento e transporte marítimo. FRD quente descarregado do forno de eixo a ~700 °C. Enviado a máquinas de briquetagem para compressão em briquetes formato travesseiro (típico: 30×50×110 mm). HBI é 50% mais denso que CDRI → tendência de reoxidação muito reduzida. Permite armazenamento/manuseio sem precauções especiais (reconhecido pela IMO). Transportado/manuseado com equipamentos de sucata; carregamento em batelada (batch) no EAF fácil; carregamento contínuo possível com sistemas dedicados.

FRD a Quente (HDRI)

Descarregado do forno de eixo a ~700 °C e transportado em condição quente à aciaria para carregamento direto no EAF em condição quente. Carregamento de FRD quente no EAF diretamente do forno de eixo = hot charging (carregamento a quente).

Benefícios do Carregamento a Quente (Hot Charging)

Dois grandes benefícios: redução no consumo de energia e melhoria na produtividade do EAF. A maioria das aciarias modernas tem sistemas de alimentação para EAF que escolhem entre material frio ou quente.

• Economia de energia: menor energia no EAF para aquecer FRD à temperatura de fusão. Regra prática: consumo de eletricidade reduzido ~20 kWh/tCS para cada 100 °C de aumento na temperatura de carregamento. Mínima economia carregando HDRI a >600 °C: 120 kWh/tCS. Benefício adicional: redução no consumo de eletrodos (relação linear). Economia esperada: 0,5–0,6 kg/t de aço líquido.
• Aumento de produtividade: FRD quente reduz tempo entre taps (tap-to-tap) e duração do heat. Comparado a FRD frio, aumento de produtividade até 20%.
• Redução consumo específico de refratários: economia ~1,8–2 kg/t de aço líquido.
• Benefícios ambientais: retenção de calor sensível no FRD em vez de dissipar à atmosfera reduz emissões globais de duas formas: (1) menor demanda de eletricidade → menos emissões da usina por tonelada de aço; (2) para EAFs com injeção de carbono, menor necessidade energética → menos CO₂ emitido.

Transporte de HDRI

Crítico de várias formas. Dificuldade não é apenas temperatura, mas manter atmosfera não oxidante. Requisito crítico: método de transporte do forno de eixo ao EAF deve entregar HDRI sem afetar qualidade. Deve prover máxima flexibilidade operacional, ser confiável, de fácil manutenção e operação.

Quatro alternativas comercialmente disponíveis, cada uma com melhor aplicação conforme distância, arranjo de componentes e capacidades:

Processo HYTEMP (Tenova HYL)

Desenvolvido pela Tenova HYL, instalado na Ternium Monterrey (1998). Transporte pneumático de HDRI. Usa gás de transporte (gás inerte ou gás do próprio processo) para levar HDRI por tubo pneumático a silo (holding bin) acima do EAF. Gás removido do circuito e reciclado à planta de redução direta (DR); HDRI carregado no silo para alimentação contínua ao EAF. Sem partes mecânicas. Finos do forno de eixo transportados com material graúdo → amortecem linha de transporte. Finos também carregados no EAF junto com grumos → aumento de rendimento.

Fig. 1 – Esquemático do processo HYTEMP

Processo HOTLINK (Midrex)

Usa principalmente transporte por gravidade, pioneiro da Midrex. Mesma tecnologia de alimentação por gravidade de HDRI para produção de HBI. HDRI do forno de eixo descarregado em silo de surto (surge bin) fora e acima da aciaria. Do silo, HDRI alimentado diretamente por gravidade ao EAF. Módulos HOTLINK equipados para lidar com condições adversas via silo de surto. Fornece HDRI ao EAF conforme demanda. Usado quando distância forno-EAF < 40 m.

Fig. 2 – Esquemático do processo HOTLINK

Sistema de Transportador de Transporte a Quente (Hot Transport Conveyor)

Quando aciaria não adjacente ao forno de eixo (>40 m mas <100 m), transportador mecânico isolado usado. FRD descarregado do forno em transportador totalmente fechado e isolado, projetado para minimizar perda de temperatura e prevenir desoxidação. Transportador tem bandejas (pans) especialmente formadas, formato similar a baldes (Fig. 3). Capuz fechado contém sistema de inertização. Operação confiável a custo razoável. HDRI alimentado a um de dois silos (HDRI bins) acima do EAF. Enquanto um descarrega ao EAF, o outro é enchido pelo transportador.

Fig. 3 – Transportador de FRD quente

Fig. 4 – Esquemático do sistema de transportador de transporte a quente

Transporte por Vasos de Transporte a Quente (Hot Transport Vessels)

Distância forno-EAF >100 m, ou um forno alimenta duas+ aciarias. Vasos isolados, capacidade típica 60–90 t. Do forno vertical, vaso enchido por tubo com vedação hermética. Após enchimento, tubo fechado, outro vaso começa a encher; vaso cheio transportado à aciaria sobre trilhos ou caminhões. Essar Steel pioneirou uso nos anos 1990.

Fig. 5 – Esquemático do transporte de FRD quente por vasos de transporte a quente