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Tecnored: Processo Inovador de Produção de Ferro Livre de Coque

Processo Tecnored foi desenvolvido pela "Tecnored Desenvolvimento Tecnológico S.A." do Brasil e baseia-se em forno de redução de leito móvel de baixa pressão que reduz pelotas auto-fundentes, auto-redutoras e portadoras de carbono, ligadas a frio. Redução realizada em forno de eixo de baixa altura e design distinto em temperaturas típicas de redução. Processo produz ferro-gusa (ferro líquido).

Características Principais

Tecnologia Tecnored foi concebida e desenvolvida para ser processo de produção de ferro "sem coque" (coke-less), evitando investimento e operação de fornos de coque ambientalmente prejudiciais além de reduzir significativamente emissões de gases de efeito estufa na produção de ferro-gusa.

Processo usa combinação de ar quente e frio e não requer oxigênio adicional. Elimina necessidade de plantas de coque, sinter e oxigênio de tonelagem. Portanto, tem custos operacionais e de investimento muito menores que rotas tradicionais.

Processo é flexível quanto ao tipo de matérias-primas ferrosas e carbonáceas que pode processar. Capacidade de fundir pelotas ou briquetes, ou cargas mistas de ambos, fornece meios de usar ampla gama de materiais alternativos. Tem boa produtividade e alta eficiência energética.

Também alega-se adequado para produção de ferroligas como ferromanganês.

Histórico de Desenvolvimento

Histórico compreende diferentes fases com diferentes objetivos, testando ampla gama de matérias-primas e usando distintos tamanhos e conceitos do reator.

O Processo Tecnored

Nova abordagem de tecnologia de produção de ferro que usa aglomerados auto-redutores ligados a frio (pelotas ou briquetes), produzidos de finos de minério de ferro ou resíduos ferrosos, mais finos de pet coke, carvão, carvão vegetal ou resíduos carbonáceos. Misturados com agentes fundentes e aglomerantes, aglomerados e curados em secador, produzindo briquetes/pelotas com resistência suficiente para demandas físicas e metalúrgicas. Aglomerados fundidos em forno de eixo de alta eficiência e design único: forno Tecnored. Devido à baixa altura de pilha, usa combustíveis sólidos de baixo custo como coque de petróleo verde, carvão ou semi-coques.

Característica principal: usa materiais de custo relativamente baixo como finos de minério ou óxidos residuais e finos de carvão/carvão vegetal (ou pet coke) como redutor/combustível. Forno Tecnored é o coração do processo.

Tecnored: Processo Inovador de Produção de Ferro Livre de Coque

Fig 1 Fluxograma esquemático do processo Tecnored

Processo consiste em pelotizar finos de minério (<140 mesh), finos de coque (<200 mesh) e fundente como cal hidratada (<140 mesh) usando cimento como aglomerante. Pelotas curadas e secas a 200 °C antes de alimentadas ao topo do forno. Pressão interna mantida em 0,25-0,37 kg/cm². Tempo total de residência ~30-40 min. Combustível sólido 40-80 mm alimentado abaixo da área de pelotas quentes usando alimentadores laterais. Ar quente a ~1150 °C soprado através de tuíeres na lateral para ar de combustão do coque. Pequena quantidade de gás do forno flui através dos alimentadores laterais para secagem e pré-aquecimento do combustível sólido. Ar frio soprado em ponto mais alto para promover pós-combustão de CO no eixo superior. Caso uso de combustível com alto enxofre, necessita sistema elaborado de limpeza de gases para atender regulamentações ambientais. Ferro-gusa vazado em panela em carro de panela, que pode inclinar para desescoriamento. Ferro líquido desulfurado na panela, escória ralada para panela de escória.

Zonas do Forno

Forno tem três zonas: (i) zona do eixo superior; (ii) zona de fusão; (iii) zona do eixo inferior.

Zona do Eixo Superior

Combustível sólido carregado no eixo superior. Reação de Boudouard (CO₂ + C = 2 CO) no combustível é prevenida, economizando energia. Pós-combustão nesta zona queima CO fornecendo energia para pré-aquecimento e redução da carga. Dentro das pelotas, reações a taxa muito rápida:

FeₓOᵧ + y CO = x Fe + y CO₂
y CO₂ + y C = 2y CO

Zona de Fusão

Reoxidação prevenida pela atmosfera redutora na carga. Fusão ocorre sob atmosfera redutora.

Zona do Eixo Inferior

Combustível sólido de baixo grau carregado. Pode incluir plásticos descartados e pneus usados devido à baixa altura do eixo. Nesta zona, redução residual de óxidos de ferro e reações de escoriamento de ganga e cinzas de combustível ocorrem em estado líquido. Superaquecimento de gotas de metal e escória. Gotas superaquecidas afundam por gravidade ao fundo e acumulam-se.

Duas Entradas de Unidades de Carbono

Processo usa duas entradas diferentes de unidades de carbono: (i) redutor; (ii) combustível sólido, otimizando flexibilidade. Redutor normalmente finos de carvão, mas praticamente finos de qualquer material enriquecido em carbono podem ser usados. Adicionado na mistura dos aglomerados auto-redutores. Quantidade estabelecida por razão C/F (carbono/finos de minério), geralmente suficiente para redução completa, simplesmente fornecendo calor necessário. Na auto-redução, CO externo não desempenha papel significativo.

Combustível sólido granulado carregado através de alimentadores laterais (para evitar reação endotérmica de solução-perda de Boudouard no eixo superior) e responsável por formar leito de char e fornecer a maior parte da energia demandada. Energia formada por sopro primário (C + O₂ = CO₂) e secundário, onde CO gerado pela gaseificação do combustível no fundo é queimado (CO + ½O₂ = CO₂). Fig 2 mostra corte esquemático do forno destacando estas características.

Tecnored: Processo Inovador de Produção de Ferro Livre de Coque

Fig 2 Corte transversal do forno Tecnored

Como função final das duas unidades de carbono é diferente, há especificações distintas, não apenas em composição química mas também em faixa de tamanho. Combustível sólido requer material granulado, tipicamente 40-80 mm, capaz de lidar com necessidades físicas e térmicas no processo.

Combustível granulado no forno deve criar permeabilidade no fundo para fluxo uniforme das fases líquida e gasosa. Combustível selecionado, no final do alimentador lateral, após processo de carbonização (Fig 3), deve fornecer char granulado com esqueleto forte o suficiente para suportar carga, boa reatividade para promover RAFT (temperatura adiabática de chama no raceway) e geometria de chama adequadas. Também deve criar razão CO/CO₂ desejada no topo do leito de char.

Tecnored: Processo Inovador de Produção de Ferro Livre de Coque

Fig 3 Processo de carbonização do combustível sólido no forno Tecnored

Importante mencionar que carga mecânica imposta ao leito de char é extremamente pequena, devido à alta produtividade volumétrica, resultando em forno com menor altura do eixo inferior. Esta característica é uma das principais razões que explicam a capacidade do forno de funcionar sem coque e permitir uso de combustíveis sólidos de baixo grau.

Consumos específicos por ton de ferro-gusa: 250 kg carvão e 310 kg combustível sólido para produzir ferro-gusa com 3-4,5% C e 0,2-1,0% Si. Temperatura do ferro-gusa normalmente 1380-1430 °C.

Processo de manufatura

  1. Processo FINEX: Produção Avançada de Ferro Gusa usando Finos de Minério e Carvão Não-Coqueável
  2. HIsmelt: Fundição Direta Avançada para Produção de Ferro Líquido
  3. Processo HIsarna de Produção de Ferro: Aço Ultra-Baixo Carbono
  4. Tecnologias Avançadas para Aumentar a Eficiência da Sinterização de Minério de Ferro
  5. A Química por Trás da Aciaria a Oxigênio Básico (BOF)
  6. Otimização da Produção de Ferro: A Química da Redução em Alto-Forno
  7. FASTMET e FASTMELT: Tecnologias Avançadas de Redução de Ferro para Produção Eficiente de Metal
  8. CONARC: Fusão de Conversor e Forno a Arco Elétrico para Produção Superior de Aço
  9. Laminação de Aço: Processo de Fabricação de Precisão Explicado
  10. Refratários Otimizados para Conversor BOF: Aumento da Vida do Revestimento e Produtividade