CONARC: Fusão de Conversor e Forno a Arco Elétrico para Produção Superior de Aço

O processo CONARC para produção de aço foi desenvolvido pela Mannesmann Demag Hüttentechnik (atual SMS Siemag). O objetivo era utilizar os benefícios tanto da produção de aço em conversor soprado superior convencional quanto do forno a arco elétrico (EAF). O nome CONARC resume a fusão dos dois processos (CONversor + ARC). A tecnologia baseia-se no uso aumentado de metal quente no forno a arco elétrico, visando otimizar a recuperação de energia e maximizar a produtividade. O processo foi desenvolvido para usar qualquer tipo e mistura de matérias-primas como metal quente, ferro reduzido direto (DRI) e sucata, garantindo os mais altos requisitos de qualidade para produção de todos os graus e qualidades de aço, cobrindo ampla gama desde aços carbono até aços inoxidáveis. Dependendo dos requisitos dos produtos finais, o processo CONARC é seguido por forno de panela ou unidade de desgaseificação a vácuo.

Principais Equipamentos do Processo CONARC

O equipamento básico do processo CONARC consiste em dois fornos revestidos com refratário idênticos, uma estrutura de eletrodos giratória com um conjunto de eletrodos servindo ambos os fornos, um suprimento elétrico (transformador, etc.) para ambos os fornos, e um sistema de lança de oxigênio superior resfriado a água giratório servindo ambos os fornos. Alternativamente, duas lanças superiores estacionárias, uma para cada forno, para sopradura de oxigênio também podem ser usadas. Opção disponível para introduzir dispositivos de agitação de fundo integrados ao fundo de cada forno. Opções também disponíveis para introduzir sistemas de queimadores e injetores no forno para injeção de combustível, carbono e oxigênio conforme requisitos do processo. Outros sistemas importantes incluem sistemas de alimentação de matéria-prima e fundentes e sistemas de limpeza de gás e recuperação de energia. O fluxo de processo típico do CONARC está na Figura 1.

Figura 1: Fluxo de processo do CONARC

Processo CONARC para Aços Carbono

O conceito básico do processo CONARC é realizar a descarbonetação em um forno e a fusão elétrica no outro. O processo para produção de aços carbono divide-se em duas etapas. A primeira etapa consiste no processo de conversor, durante o qual a descarbonetação do ferro líquido é feita soprando oxigênio no ferro líquido através da lança superior. A segunda etapa é o processo de arco elétrico, durante o qual a energia elétrica é usada para fusão da carga sólida e superaquecimento do banho fundido até a temperatura de vazamento.

O processo típico inicia com carregamento de ferro líquido em um "calcanhar líquido" consistindo de pequena parte da carga anterior mantida no forno após vazamento da carga anterior. Após isso, a lança superior de oxigênio é posicionada e a sopradura de oxigênio é iniciada. Durante esta fase, conhecida como fase de conversor, os teores de carbono, silício, manganês e fósforo no banho são reduzidos. Estas reações são exotérmicas, gerando grandes quantidades de calor. Material frio como sucata ou DRI é adicionado ao forno para utilizar essa energia e evitar superaquecimento do banho. O carregamento de material frio também protege o forno contra superaquecimento. Após conclusão do processo de descarbonetação, a lança superior é removida por giro e os eletrodos são trazidos à posição operacional. Inicia-se a segunda fase, conhecida como fase de arco. Durante esta fase, o material de carga sólido restante (sucata ou DRI) é carregado no banho para atingir o peso de vazamento desejado. A temperatura do banho é então aumentada ao valor requerido. Após atingir a temperatura, o arco é concluído e a carga é desescoriada antes de ser vazada na panela de lingotamento.

No processo CONARC, dos dois fornos, um opera no modo conversor usando a lança superior enquanto o segundo, naquele momento, opera no modo forno a arco. O princípio do processo CONARC está na Figura 2.

Figura 2: Princípio do processo CONARC

Recuperação de Energia

Um sistema de caldeira de dois estágios é usado para recuperação de calor residual. No primeiro estágio, o gás residual do processo CONARC é conduzido através de um sistema de caldeira consistindo de cotovelo giratório, câmara de pós-combustão e linha de gás quente, sendo resfriado a 600 °C. Estes componentes são projetados como partes de pressão para geração de vapor.

No segundo estágio, o gás residual é resfriado a 200 °C em uma caldeira de passagem vertical especialmente desenvolvida para este tipo de aplicação.

Este sistema de recuperação de energia, por um lado, proporciona o resfriamento requerido do gás e, por outro, utiliza grande parte da energia térmica para geração de vapor que pode ser usada posteriormente na usina.

Vantagens

O processo possui as seguintes vantagens:

• Alta flexibilidade quanto à entrada de material: sucata, ferro líquido e DRI podem ser usados em várias proporções de mistura conforme requisitos de qualidade do aço e/ou disponibilidade e/ou preços unitários destes materiais.
• O conceito CONARC permite que o processo cubra toda a gama desde operação pura EAF com 100% sucata/100% DRI até operação pura de conversor.
• O forno CONARC não é uma mera unidade de fusão elétrica, mas também atua como reator químico. Portanto, controla a concentração de elementos tramp no aço devido ao maior uso de materiais virgens.
• O processo CONARC é flexível e pode lidar com ferro líquido com teores variáveis de silício, fósforo e enxofre sem problemas.
• Vantagens no tratamento de metal quente com maior teor de fósforo (até 0,2%). Aspectos como controle simples de temperatura adicionando DRI como refrigerante, adição de cal, e retirada de escória rica em óxido de fósforo por transbordamento constante via porta de escória ajudam a alcançar remoção eficiente de fósforo.
• Tempos "tap-to-tap" inferiores a 40 minutos são facilmente alcançáveis.
• Grande flexibilidade quanto a recursos energéticos.
• Sistema eficiente de recuperação de energia reduz níveis de emissão de CO₂.
• Sistema eficaz de recuperação de energia contribui significativamente e sustentavelmente para a eficiência energética da usina.
• Perturbação suave na rede elétrica.