Relatório estágio pronto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS

RELATÓRIO DE ESTÁGIO

USINAS SIDERÚRGICAS DE MINAS GERAIS S/A

Raphael Menezes Storti Julho de 2009.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS

RELATÓRIO DE ESTÁGIO SUPERVISONADO

USINA INTENDENTE CÂMARA IPATINGA, MG.

Relatório de Estagio de Férias do curso de Engenharia Metalúrgica apresentado à Universidade Federal de Ouro Preto, sob a supervisão do Eng°. Mauro Vivaldino Vi valdino Fernandes

Raphael Menezes Storti Julho de 2009.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS

RELATÓRIO DE ESTÁGIO SUPERVISONADO

USINA INTENDENTE CÂMARA IPATINGA, MG.

Relatório de Estagio de Férias do curso de Engenharia Metalúrgica apresentado à Universidade Federal de Ouro Preto, sob a supervisão do Eng°. Mauro Vivaldino Vi valdino Fernandes

Raphael Menezes Storti Julho de 2009.

Relatório que descreve as atividades realizadas durante o período de Estágio de férias na Área de Redução das Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S/A  – USIMINAS. O período do estágio foi compreendido entre os dias 22 de Julho de 2009 ao dia 14 de Agosto de 2009, sob a supervisão e orientação ori entação do Engenheiro Mauro Vivaldino Fernandes.

 _____________________  ________________________________ ______________________ ____________  _  Raphael Menezes Storti (estagiário)

Sumário I - Introdução. ............................................................................................................................. 1 II - Objetivos. .............................................................................................................................. 2 II.1 – A Usiminas. .................................................................................................................. 2 II.2 – O Aço e o cenário Atual................................................................................................ 4 III – Desenvolvimento do Estágio. ............................................................................................. 5 IV – Áreas do Estágio. ................................................................................................................ 5 IV.1 – Coqueria. ..................................................................................................................... 5 IV.1.1 – O processo de Coqueificação. .............................................................................. 7 IV.1.2 – Preparação de Carvão para Coqueificação. .......................................................... 9 IV.1.3 – Propriedades do coque. ......................................................................................10 IV.1.4 – Produtos Carboquímicos. ................................................................................... 11 IV.2- Sinterização.................................................................................................................13 IV.2.1 – O processo de Sinterização. ............................................................................... 15 V.3 - Alto-Forno. .................................................................................................................. 17 V.3.1 – Evolução do Alto-forno. ...................................................................................... 17 V.3.2 – Preparação da Carga. ........................................................................................... 19 V.3.3 – Carregamento do Alto-Forno............................................................................... 20 V.3.4 – Princípio de funcionamento do Alto-Forno. ........................................................ 20 V.3.5 – Corridas de Gusa e Escória.................................................................................. 23 V.3.6 – Aquecimento e enriquecimento do ar soprado no alto-forno. ............................. 24 V.3.7 – Gás de Alto-forno (BFG) ..................................................................................... 25 V.3.7 – Fatores que afetam a Redutibilidade.................................................................... 25 VI – Conclusão. ........................................................................................................................ 28 VII – Agradecimentos. .............................................................................................................28 VIII – Referências Bibliográficas.............................................................................................29

Lista de Figuras Figura 1- Vista geral da coqueria 2 da Usina Intendente Câmara. ............................................. 6 Figura 2 - Esquema simplificado de uma coqueria mostrando o sistema de aquecimento do forno. .......................................................................................................................................... 8 Figura 3 - Coque pronto resfriado. ........................................................................................... 11 Figura 4 - Coque incandescente................................................................................................ 11 Figura 5 - Matérias primas utilizadas na produção de sínter. ................................................... 14 Figura 6 - Esquema entrada/saída do processo de sinterização. .............................................. 15 Figura 7 - Ilustração do processo de sinterização..................................................................... 16 Figura 8 - O alto-forno para produção de ferro gusa. .............................................................. 18 Figura 9 - Zonas de um Alto-Forno..........................................................................................22

I - Introdução.  No período de 22 de Julho de 2009 ao dia 14 de Agosto de 2009 foi realizado o estágio de férias pelo aluno Raphael Menezes Storti na Usina Intendente Câmara, em Ipatinga-MG, pertencente ao sistema Usiminas. Devido ao curto período de estágio, este não pôde abranger todas as áreas da usina, que se divide em cinco grandes áreas, a saber: Área de Redução, Área de Refino, Laminação de Chapas Grossas, Laminação a Frio 1 e Laminação a Frio 2. A área escolhida para o estágio foi a Área de Redução, e  para um melhor aproveitamento do mesmo, o programa do estágio desenvolvido pelo supervisor Eng. César Almeida de Assis foi assim dividido: Coqueria - De 22/07 a 27/071  Nesse período foram-se feitas visitas ao pátio de carvão e de coque e acompanhamento operacional nas salas de controle das coquerias 1 e 2. Foram-se acompanhadas também as reuniões diárias que ocorrem para discussão dos problemas ocorridos durante o dia anterior e possíveis melhorias de segurança que podem ser  implementadas. Sinterização – Dias 28/07 a 03/08  Na sinterização foi-se feito visitas à área de trabalho para o acompanhamento das operações do setor de recebimento de matérias primas, formação das pilhas de  blendagem e máquinas de sínter 1 e 2. Altos-Fornos – De 04/08 a 12/08  Na área dos Altos - Fornos foi feito o acompanhamento operacional do altoforno 3, no qual se acompanhou as reuniões diárias que ocorrem para discussão dos  problemas ocorridos durante o dia anterior e possíveis melhorias de segurança que  podem ser implementadas. Do dia 05 ao dia 08 de janeiro houve um programa de recepção/integração dos estagiários, realizado na Superintendência de Desenvolvimento Organizacional e de Pessoas. Além de receber as Boas Vindas da empresa, foram passadas orientações iniciais sobre Segurança e Medicina do trabalho, que incluiu palestras e vídeos da empresa, enfatizando assim a grande preocupação que tem a empresa para que não 1

ocorra qualquer tipo de acidente de trabalho dentro das instalações da usina, transporte interno e Fluxo de Produção, além de visitas ao Zoobotânico e clube Associação Esportiva e Recreativa Usipa, todos mantidos pela Usiminas e criados para atender,  principalmente, às necessidades de lazer daqueles que trabalham na Usiminas. Outro setor visitado foi o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento, inaugurado em 1971, que absorve, gera e dissemina conhecimentos científicos e tecnológicos voltados, sobretudo,  para caracterização e avaliação de matérias-primas, insumos, resíduos e materiais diversos relacionados aos processos de produção do aço; melhoria e desenvolvimento de processos e produtos; redução de custos; identificação, avaliação e exploração de novas tecnologias e preservação do meio ambiente. Esse período foi de extrema importância para o contato inicial dos estagiários com a empresa e as pessoas responsáveis pelo encaminhamento. A facilidade para manter um bom relacionamento com os funcionários da empresa, não somente no  período de integração como em todo o decorrer do estágio, revelou um clima de convivência muito apropriado para uma empresa de grande porte que se apoia na  política de dedicação dos empregados e comprometimento de todos.

II - Objetivos. O estágio visou primordialmente, propiciar a vivência de situações reais de trabalho e desenvolvimento profissional na área de atuação de um engenheiro. Vale ressaltar também a importância da integração do estudante com empresa, criação de networking 

e conhecimento dos setores e práticas da Empresa, sua estrutura

organizacional e administrativa.

II.1  –  A Usiminas. A Usiminas foi idealizada em um momento de grande euforia brasileira, por   pessoas conscientes que acreditavam no potencial de uma grande usina siderúrgica em Minas Gerais. Na década de 50 foi criada a Usiminas (Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S/A), na cidade Ipatinga. Dois anos após sua fundação a Usiminas tornou-se uma  joint venture, com a participação de capital estatal em parceria com acionistas japoneses, propondo um estilo de gestão nos moldes da iniciativa privada. 2

Em 1958 começa a construção da Usina Intendente Câmara, com trabalhadores vindos de todas as partes do Brasil.  No dia 26 de outubro de 1962 foi oficialmente inaugurada a Usina Intendente Câmara pelo então presidente João Goulart. Com capacidade instalada para produção de 500 mil toneladas anuais de ferro gusa. Em 1969 a Usiminas iniciou sua expansão, comprando novos fornos para produção de Tiras a Frio e, em 1979 sua capacidade de  produção passou a 3,5 milhões de toneladas de aço ao ano. Em 1991 houve a realização do leilão de privatização da Usiminas e essa nova etapa marcou o início de um período de expansão e desenvolvimento. Vale ressaltar que ainda na década de noventa a Usiminas foi a primeira siderúrgica do Brasil, sendo a segunda do mundo, a conquistar o certificado ISO 14001 de Gestão Ambiental, demonstrando profundo respeito pelos recursos naturais. Hoje, o Grupo Usiminas consolidou-se entre os líderes no ramo da siderurgia no Brasil. O Grupo conta com a Cosipa, subsidiária integral da Usiminas, e acreditando no seu plano de desenvolvimento, que tem como objetivo principal a expansão e modernização de suas usinas, a Usiminas anuncia a construção da sua terceira usina em Santana do Paraíso, com capacidade de produção de 5 milhões de toneladas de aço/ano  para a produção de placas. A Usina Intendente Câmara está situada na região do Vale do Aço, e conta com uma área de (7,0 x 1,5) km 2 rodeada por um cinturão verde em torno de sua área industrial. Seus produtos vão desde Tiras a Frio, Revestidos, Chapas Grossas e Tiras a Quente, mantendo sempre o principal objetivo de desenvolver produtos de alta qualidade técnica e ecologicamente corretos, fortalecendo assim sua liderança no mercado nacional e desenvolvendo sua presença no cenário internacional. A produção de aço bruto da Usiminas alcançou 8 milhões de toneladas em 2008, cerca de 8% inferior à de 2007, queda motivada basicamente pela parada programada do alto-forno da usina de Cubatão e de dois altos-fornos da usina de Ipatinga. Devido a todos esses  problemas a Usina Intendente Câmara trabalha 24 horas por dia, sem interrupções,  buscando sempre alcançar seus objetivos.

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II.2  –  O Aço e o cenário Atual. O Aço é um produto siderúrgico definido como liga metálica composta  principalmente de ferro e uma quantidade de carbono (variando entre 0,008 e 2,11%). Sua evolução foi relativamente lenta em relação ao descobrimento dos metais. Com o desenvolvimento da ciência, aprimorou-se o conhecimento da estrutura do aço e sua relação com as propriedades, o que proporcionou uma revolução no desenvolvimento dos produtos metalúrgicos. Atualmente, através do incremento da tecnologia, tais como: novos equipamentos de refino, integração lingotamento/laminação, sofisticação do controle,  programação e logística, já se conseguiu propriedades do aço tais como: resistência mecânica, à fratura e à corrosão, conformabilidade melhorada, melhores soldabilidade e usinabilidade, controle e disponibilidade dimensional e garantia de forma e superfície. Apesar das novas tecnologias, houve uma sensível queda na demanda do aço nos últimos dois meses de 2008, o que acarretou uma queda de 0,2% da produção anual de aço no Brasil comparado a 2007, totalizando uma produção de 33,7 milhões de toneladas, segundo o Instituto Brasileiro de Siderurgia. “Essa retração (na produção

do

ano) deveu-se principalmente às quedas de produção nos meses de Novembro e Dezembro de 2008, em decorrência da baixa demanda de praticamente todos os grandes setores consumidores”. O consumo aparente nacional de produtos siderúrgicos foi de 24

milhões de toneladas em 2008, 9,1% acima de 2007, o que demonstra a crescente necessidade nacional por produtos siderúrgicos em geral (Alergi Junior; 2009).  No âmbito global, registrou-se uma queda de 1%, com isso produziu somente 1,3 bilhão de toneladas. Essa é a primeira retração registrada na década, reflexo direto da crise financeira internacional. Apenas a Ásia, impulsionada pela China, e o Oriente Médio mantiveram um desempenho positivo. Para o segundo trimestre de 2009, projeta-se uma situação de mercado mais favorável, em função principalmente dos efeitos das medidas que estão sendo tomadas  pelo governo brasileiro. Em termos mundiais, há a compreensão de que o mercado siderúrgico cresce em ciclos. A expectativa é de que o segundo semestre de 2009 já apresente uma retomada de ritmo de demanda no mercado global em função de dois eventos político-econômicos: as medidas do governo norte americano para a recuperação da sua economia e os investimentos chineses para a realização da World Expo 2010 em Xangai. 4

Qualquer que seja o cenário projetado para a retomada da economia mundial, a tendência é de que o ano de 2009 configure-se como desafiador para a siderurgia no Brasil e no mundo.

III  –  Desenvolvimento do Estágio. Após os quatro primeiros dias de integração, foi feita uma divisão dos estagiários em grupos e cada grupo seguiu para a área da usina designada no plano de estágio. Para a área de redução ficaram cinco estagiários, o que possibilitou uma troca de idéias, dúvidas e informações, sem prejudicar o entendimento das explicações dadas. Para seguir o projeto de lei n° 993/2007 que dispõe sobre as novas normas de estágio, o horário de estágio ficou estabelecido de segunda a sexta feira, de 7 h:30 min às 15 h, com um intervalo de uma hora e trinta minutos para almoço. Todas as nossas visitas na usina eram acompanhadas por engenheiros, técnicos ou supervisores de turno, que sempre prestavam explicações sobre o funcionamento de máquinas, problemas que ocorriam, fluxo de produção e respondiam prontamente às perguntas. Também houve a  participação em reuniões nas áreas: Alto-Forno 3, Sinterização e Coqueria, que ocorrem todos os dias por volta das 8 horas ou 9 horas, para análise de eventuais problemas, melhores soluções para estes e discussões à respeito da segurança.

IV  –  Áreas do Estágio. IV.1  –  Coqueria. A coqueria é o local responsável pela coqueificação da mistura de alguns tipos de carvão mineral. Através de aquecimento indireto transforma-se o carvão em coque, que é o principal combustível dos altos-fornos. O coque incandescente é desenfornado  pelas laterais dos fornos de coqueificação, caindo em seguida em um carro de apagamento que transporta este para o local onde são lançados jatos de água em temperatura ambiente sobre o coque. Os produtos secundários da coqueria são os compostos carboquímicas como alcatrão e gás de coqueria, denominado COG (Coque Oven Gas), sendo que este possui quatro vezes mais poder calorífico que o BFG (Blast Furnace Gas) e é utilizado no Alto-Forno para o aquecimento do ar atmosférico. O 5

coque produzido é armazenado em pátios a céu aberto dentro da usina, assim como o carvão mineral. Em resumo, as principais operações de uma coqueria são: 

Carregamento;



Coqueificação;



Desenfornamento;



Resfriamento;



Expedição.

A Usina Intendente Câmara possui duas coquerias em atividade, uma terceira coqueria está sendo construída e tem previsão de término em Março de 2009. A coqueria 1, inaugurada em 1962, possui 100 fornos verticais de 4m de altura por 13,2m de comprimento, cuja produção de coque fica em torno de 1730 toneladas/dia. Suas câmaras, quando em combustão, chegam à temperatura de aproximadamente 1300°C. A reversão das câmaras de combustão ocorre a cada 30 minutos e a temperatura das câmaras antes em combustão decresce até 300°C. A coqueria 2 iniciou seu funcionamento em 1974 com 10 fornos a mais que a coqueria 1 e produção de coque em torno de 3190 toneladas/dia. O volume interno de cada um de seus fornos é de 40m 3 e a demanda por carga de carvão aumentou de 13,2t da coqueria 1 para 27,3t da coqueria 2. A figura 1 apresenta a foto da vista geral da coqueria 2 da Usina Intendente Câmara.

Figura 1- Vista geral da coqueria 2 da Usina Intendente Câmara.

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IV.1.1  –  O processo de Coqueificação. O processo de coqueificação do carvão é bastante simples. O carvão é enfornado no topo dos fornos por máquinas de enfornamento operadas manualmente, e aquecido, sem contato com o ar (a fim de evitar a combustão do carvão), até que toda a matéria volátil seja liberada. O resíduo sólido e poroso remanescente no forno, ao término da destilação, é chamado Coque, ou seja, pequenas partículas contendo aproximadamente 88% de carbono de tamanho principalmente entre 10 mm a 100 mm. Os fornos de coque são construídos com tijolos de sílica (SiO 2) de alta qualidade, os quais constituem as paredes de aquecimento. Entre cada dois fornos e nos seus extremos existem as paredes de aquecimento. Em cada uma destas paredes existe um conjunto de câmaras de combustão, onde é feita a queima usando gases de coqueria ou uma mistura de gases de coqueria com gás de alto-forno (na indústria conhecidos como COG, BFG e LDG (Linz Donawitz Gas)). Debaixo destes conjuntos e do forno, existe uma fila de regeneradores, intercalados para ar e gás. Abaixo de cada fila de regeneradores, têm-se os canais horizontais que colhem as fumaças e são ligados aos canais que desembocam na chaminé. A alimentação de ar e de gases é feita através de tubulações principais que se ramificam em várias saídas, cada uma para uma parede a ser aquecida na bateria; cada um destes ramos tem outras saídas, correspondentes à metade das câmaras de combustão de cada parede de aquecimento e que alimentam diretamente os regeneradores. Constituídas deste modo as tubulações, quando nas câmaras ímpares estiver ocorrendo combustão, nas pares estará havendo coleta de fumaça, que seguirá para os regeneradores pares, esquentando-os. Após 30 minutos o circuito é invertido e o ar penetra nos regeneradores aquecidos, que coletavam fumaça, aquecendo-se antes de entrar em contato com o gás do alto-forno e com gás de coqueria nas câmaras de combustão pares. O esquema simplificado de uma coqueria é mostrado na figura 2:

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Figura 2 - Esquema simplificado de uma coqueria mostrando o sistema de aquecimento do forno.

O tempo de permanência do carvão nos fornos é de aproximadamente 20 horas e é possível detectar que o coque está isento de sua matéria volátil pela cor mais clara da fumaça que sai do topo da Coqueria . Após esse período é feito o desenfornamento, que consiste em empurrar para fora do forno o coque já pronto, pela máquina de desenfornamento. Ela tem por finalidade nivelar a carga por meio de barra niveladora, retirar, limpar e recolocar as portas por ocasião do desenfornamento. Ao ser desenfornado, o coque incandescente (1200ºC) é descarregado no interior  de um carro de apagamento, que se locomove em trilhos dispostos na lateral da coqueria. Este carro conduz o material até a estação de apagamento. O apagamento é feito por intermédio de jatos d’agua.

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IV.1.2  –  Preparação de Carvão para Coqueificação. A maior parte do carvão mineral usado pelas usinas siderúrgicas brasileiras é transportado por via férrea. O carvão é descarregado dos vagões por  cardumpers, que  basculam os vagões, e armazenado em silos dosadores. O carvão cai diretamente em correias transportadoras, seguindo até o pátio onde se dará a sua estocagem. Ali é amostrado e analisado. O empilhamento é feito por máquinas empilhadeiras ("Stacker"), seguindo normas definidas para se evitar a deterioração parcial do material (que ocorre devido a oxidação das superfícies expostas) e a segregação granulométrica (que ocorre no ato do empilhamento, quando os grãos maiores correm pela pilha). Em geral as usinas trabalham com carvões de várias procedências com os seguintes objetivos:  permitir a mistura de diferentes carvões que conduz à obtenção de um coque de melhor  qualidade; minimizar o custo, uma vez que os carvões de baixos teores de voláteis são mais caros, e evitar a dependência de um só fornecedor. Para a formação do coque da usina Intendente Câmara, usa-se 9 tipos de carvões, importados principalmente dos EUA e Austrália . Do pátio de estocagem o carvão é desempilhado por máquinas desempilhadeiras e o desempilhamento é feito em camadas, formando escadas, para que haja uma coleta homogênea do material. Através de correias transportadoras o carvão segue até os britadores de impacto e é peneirado com uma granulometria de saída em que 80% do carvão deve estar abaixo de 3 mm. Dos britadores o carvão segue para os misturadores, onde são armazenados nos diversos silos, e é feita nova amostragem e análise do material. Dos silos o material cai em correias transportadoras. As balanças automáticas existentes nas linhas de silos dos misturadores regulam o fluxo de carvão que cai de cada silo, para que a mistura seja a desejável. Em seguida, os carvões passam pelos misturadores rotativos com palhetas, que homogeneízem a mistura. Dos misturadores a mistura segue até os silos de carvão ("coal bunkers") que alimentam as coquerias. No processo de alimentação dos silos dos Altos-fornos existem moinhos para a capturação de pequenas partículas de carvão, que voltam para o processo.

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IV.1.3  –  Propriedades do coque. A forma e a cor do coque dão indicação de sua qualidade. Quando os pedaços são muito compridos, isto é, a seção transversal é muito pequena em relação ao comprimento, pode-se concluir que mistura dos diversos carvões era rica em matérias voláteis e foi aquecida muito rapidamente. Enquanto as extremidades que estavam em contato com as paredes aquecidas da câmara de coqueificação têm aspecto de "couveflor", possuem poros menores e sua cor é prateada, a parte perto do centro do forno é quase preta, com poros grandes e irregulares e, às vezes, com aspecto esponjoso devido à curta exposição à temperatura elevada e que não permitiu o escape dos gases. Para os operações de redução de minérios de ferro (alto-forno) o coque deve ter  resistência mecânica e granulometria convenientes para o processo. Quanto à análise química, valores típicos são: Carbono fixo = 88% Voláteis = 0,8% Cinzas = 10% Enxofre = 0,7% Umidade = 2,0% Dos elementos presentes no coque, o enxofre é o que mais merece atenção, na medida em que é altamente prejudicial à qualidade do aço. Deste modo, é preocupação constante da coqueria manter níveis de enxofre sob rígido controle, o que é feito  principalmente através de verificação do teor deste elemento nos carvões comprados. As figuras 3 e 4 apresentam fotos do coque pronto e resfriado e o coque incandescente.

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Figura 3 - Coque pronto resfriado.

Figura 4 - Coque incandescente.

IV.1.4  –  Produtos Carboquímicos. Os produtos carboquímicos são oriundos dos gases obtidos pela destilação do carvão mineral no decorrer do processo de produção de coque metalúrgico, utilizado como matéria-prima na fabricação de ferro-gusa nos altos-fornos. O gás gerado nesta 11

destilação, denominado gás de coqueria bruto (COG), é beneficiado em um sistema de limpeza para sua adequação ao uso como combustível nas unidades de laminação e revestimento, assim como para obtenção dos produtos carboquímicos, com alto valor  agregado. Os principais processos que ocorrem na planta de carboquímicos são: •

•

Destilaria de Alcatrão - Todo o alcatrão obtido do gás de coqueria bruto é  processado por sucessivas etapas de destilação em que são produzidos os seguintes produtos: piche, óleo antracênico, naftaleno, óleo desinfetante e óleo creosoto. Obtenção da amônia - Nesta planta, a amônia contida no gás de coqueria é removida por lavagem com solução de fosfato de amônia, sendo posteriormente obtida a amônia anidra.

•

Obtenção do BTX - O BTX (Benzeno, Tolueno e Xileno) é obtido nesta planta através de lavagem do gás de coqueria bruto com óleo petroquímico.

•

Dessulfuração - O enxofre é obtido nesta planta através de reação química catalítica com o sulfeto de hidrogênio contido no gás de coqueria. Os produtos carboquímicos são produzidos e comercializados sob rigoroso

controle de qualidade atestado em certificado, emitido aos clientes pelos Laboratórios da Unidade Técnica de Redução. Este é dotado de modernos equipamentos e métodos analíticos atualizados, além de contar com o apoio técnico de uma equipe de especialistas no assunto. Destilaria do Alcatrão: O Alcatrão é destilado e fracionado em diversos produtos que são matéria-prima  para vários segmentos industriais. Abaixo estão listados os seus produtos e suas  principais aplicações: •

•

•

Piche - Indústria de Alumínio (produção de anodo) e eletrodos de grafite Óleo Antracênico - Negro de Fumo podendo ser usado como combustível  Naftaleno - Anidrido Fitálico, tratamento de couro e construção civil 12

•

•

•

Óleo Desinfetante - Desinfetantes, inseticidas, fenol refinado, cresóis e xilenóis Óleo Creosoto - Tratamento de Madeira, óleo de lavagem, negro de fumo e pode ser usado como combustível. Amônia Anidra - Amônia anidra de alta pureza (99,99%) é obtida pelo tratamento do gás de coqueria em uma solução de fosfato de amônia. Entre suas  principais aplicações é usada como intermediário químico para a indústria de alimentos, refrigeração industrial e na produção de fertilizantes.

•

BTX (Benzeno, Tolueno e Xileno) - Os óleos leves contidos no gás de coqueria são removidos e processados gerando uma mistura composta basicamente de  benzeno, tolueno e xileno chamada de BTX . Esta mistura pode ser destilada  para a produção de BTX.

•

Enxofre - Também é produzido a partir do gás de coqueria. É utilizado em fundições e na produção de fertilizantes.

IV.2- Sinterização. A sinterização é uma tecnologia criada com o objetivo de aproveitar minérios finos (sínter-feed) e resíduos industriais. Atualmente, a sinterização visa basicamente elaborar uma carga de altíssima qualidade para o alto-forno. As matérias primas utilizadas são os minérios blendados, calcário, dolomita (é utilizada em maior escala que o calcário por ser mais barata), antracito, ilmenita (é utilizado quando o cadinho do Alto Forno já está meio desgastado, visto que este forma um composto que protege o refratário do cadinho) e o coque fino produzido nas coquerias da Usina (ou  sínter feed, de tamanhos entre 0,15MM e 6,3mm). A sinterização é um processo mais barato e de menor escala se comparado com o processo de pelotização, onde o principal objetivo é também de aproveitar os finos de minérios, porém de ordem de grandeza menor que 0,15mm. A figura 5 apresenta fotos das principais matérias primas utilizadas na  produção de sínter:

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Figura 5 - Matérias primas utilizadas na produção de sínter.

Basicamente a sinterização consiste na mistura do minério de ferro, sínter abaixo de 5 mm, combustíveis (antracito e coque em pó), água e fundentes (quartzo, calcário, cal),sendo que estes dois últimos são adicionados à mistura para aumentar sua  basicidade, para que, posteriormente os refratários dos Altos-Fornos não sejam desgastados. Essa basicidade é dada pela fórmula B = (CaO/ SiO 2). Posteriormente essa mistura é levada ao forno de ignição, onde é submetida a uma fusão redutora-oxidante a uma temperatura de 1200°C a 1400°C onde os fundentes, por possuírem menor ponto de fusão, se fundem e com isso formam os blocos denominados sínter. A sinterização de minérios de ferro é um caso particular de aglomeração na qual ocorre, inicialmente, uma sinterização a frio e na presença de um líquido, seguido de uma enfornação da matéria semi-sinterizada a frio e finalmente a piro-aglomeração da matéria, caracterizada por uma fusão rápida, localizada em uma estreita faixa da matéria total e apresentando uma considerável quantidade de material sólido residual. Esta fusão se dá com passagem forçada de gases. A figura 6 apresenta um esquema do processo de Sinterização

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Minérios de Ferro Fundentes Adições

Calor

Mistura

Gases

Sinterização

Trabalho Mecânico

Água Combustível

Finos de Retorno Figura 6 - Esquema entrada/saída do processo de sinterização.

 Na Usiminas as matérias primas são estocadas nos diversos pátios de sua  propriedade, onde existem máquinas de manuseio, silos e correias transportadoras; sistemas de peneiramento para que a carga de sínter fique de granulometria adequada a sua utilização em Alto-forno e sistema de despoeiramento como filtro de Manga e sprays.

IV.2.1  –  O processo de Sinterização. O processo de sinterização contínuo consta de uma esteira móvel com fundo de grelha e forno de ignição fixo e se desenvolve da seguinte maneira: •

a unidade de produção é carregada intermitente ou continuamente com a mistura a ser sintetizada;

•

a mistura, além dos minérios e fundentes, contém certa quantidade de combustível sólido e umidade;

•

o combustível contido na mistura entra em combustão, sob efeito do calor  fornecido pela ignição, iniciando a queima da camada superficial de mistura;

•

o ar necessário à continuidade da combustão do combustível é succionado de cima para baixo através da camada de mistura sobre as grelhas do fundo da  panela/esteira, por um sistema de exaustores/condutores de gases;

•

a camada superficial em combustão é “transportada” para o fundo da esteira

 pelo fluxo de ar succionado através da mistura, constituindo-se na frente de combustão. 15

Sínter 

Quando a frente de combustão atinge as grelhas, todo o combustível foi consumido, gerando calor, vaporizando a água, calcinando os carbonatos, provocando uma semi-fusão, aglomerando a mistura. O aglomerado, assim formado, em grandes blocos é então resfriado, britado e  peneirado; a fração superior a 5 mm constitui o Sínter e a fração fina retorna ao início do processo (mistura dos materiais). O processo é ilustrado na figura 7:

Silos de armazenagem

INSUMOS

 A B C D E F

Tambor de mistura Chaminé

Finos de retorno Finos de Coque minério Calcário Pó de alto forno

Forno de i ni ão

 Alimentador 

Fragmentação do bolo de sínter 

Sínter  Exaustor 

Peneiramento a quente

Caixa de Des oeiramento

Resfriador  rotativo

Finos de retorno Figura 7 - Ilustração do processo de sinterização.

Mesmo após o processo de sinterização ainda restam finos que podem ser  liberados para a atmosfera. Com o crescente avanço das leis ambientais, são feitos dois  processos diferentes para evitar o lançamento de partículas no meio ambiente entre eles estão o despoeiramento eletrostático e filtro de manga.  No processo produtivo da Usiminas, na produção de sínter, utiliza-se as seguintes quantidades de matérias-primas: •

•

•

Minério Fino: 4.540.000t/a. Dunito: 210.000t/a. Minério de Manganês: 65.000t/a. 16

•

•

Cal: 70.000t/a. Calcário: 600.000t/a.

A produção de sínters de qualidade química, mecânica e metalúrgica elevada, associada a uma alta taxa de produtividade e baixo consumo de energia está relacionada, entre outros fatores, com a qualidade dos minérios de ferro utilizados na mistura a sinterizar.

V.3 - Alto-Forno. Os Altos-Fornos são reatores para produção de uma liga obtida no estado líquido, composta essencialmente de ferro (92 a 95%) e carbono (3 a 4.5%) denominada Ferro Gusa. Como principais matérias-primas (carga metálica) do alto-forno, utilizamse o sínter (que na USIMINAS corresponde a aproximadamente 80% da carga metálica), o minério granulado e a pelota, e o principal combustível utilizado é o coque metalúrgico. Todos esses materiais são carregados pelo topo do reator, sendo injetado ar  quente na região inferior, juntamente com finos de carvão mineral usados como carga auxiliar. O ar quente injetado gaseifica o coque, produzindo o gás redutor CO e grande quantidade de calor que sobe em direção ao topo em contra corrente à descida da carga,  proporcionando o aquecimento, a redução e a fusão da carga metálica. Além do Ferro Gusa são obtidos como resíduos escória, pó, lama e gás de altoforno. Na Usiminas existem três altos-fornos, sendo que os Altos-Fornos 1 e 2 possuem uma capacidade de produção de Gusa de 2.150t/dia e o Alto-Forno 3 possui uma capacidade de produção de 8.200t/dia.

V.3.1  –  Evolução do Alto-forno. Os óxidos de ferro, na presença de carbono e a temperaturas aproximadas de 800°C é reduzido a metal sólido, numa forma granular e friável designada por Esponja de Ferro. Anteriormente ao século XIV, a esponja de ferro tinha sido obtida em  pequenos fornos de soleira e de cuba, nos quais se introduzia minério e carvão de madeira pela parte superior e fornecia-se um jato de ar por meio de pequenos foles manuais. Os grãos de ferro metálico eram recolhidos na base do forno, misturados com 17

a escória, sob a forma de agregados porosos e desagregáveis denominados Lupas. O metal era razoavelmente puro podendo ser facilmente trabalhado obtendo-se uma grande variedade de ferro forjado. A partir do século XIV houve uma introdução de foles mais potentes a fim de aumentar a produção. Tal fato permitiu a construção de fornos de cubas maiores, de alturas até 10m e diâmetros internos até 3m. Tais fatores alteraram o processo e nessas condições formava-se na extremidade inferior do forno uma liga ferro-carbono em fusão, designada por Gusa, e separada da escória por  diferença de densidade. O moderno forno de insuflação para produção de ferro, ou alto-forno siderúrgico, evoluiu diretamente a partir destes fornos de cuba primitivos. Algumas das características principais foram introduzidas muito cedo, em particular a comprida Cuba (ou chaminé), o Ventre, o anel de tubeiras para sopragem de ar e o cadinho (soleira) com os respectivos furos de sangria da escória e do gusa. A figura 8 apresenta um ilustração de um alto-forno siderúrgico e seu interior.

Figura 8 - O alto-forno para produção de ferro gusa.

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V.3.2  –  Preparação da Carga. A área de matérias-primas da usina fornece o sínter, minério de ferro,  pelotas, fundentes e o coque, sendo esses materiais recebidos em silos. Os silos têm por  finalidade abastecer o alto-forno por algumas horas, caso ocorra interrupção do sistema de ensilamento, parada repentina da sinterização, parada do sistema de peneiramento, defeito em correias transportadoras, calhas e demais eventualidades. É realizado o controle do ensilamento dos materiais que compõem a carga do alto-forno, de forma a manter os silos a um nível superior ao nível mínimo (70%), evitando-se o carregamento dos finos segregados nos silos. Para os silos do lado A e que são destinados a receber sínter, existe, sob cada um, uma peneira vibratória de 2 estágios. O retido de cada peneira alimenta uma tremonha-balança e os finos (passante) são recebidos em uma correia e retornam à área de matérias-primas, podendo, parte desse material, retornar ao alto-forno como sínter  degradado. Para o coque, existe uma peneira para cada silo (Alto-forno 3) e uma  peneira para cada par de silos (Altos-Fornos 1 e 2), compostas de 2 estágios. A pesagem dos diversos materiais que compõem a carga dos altos-fornos é realizada em tremonhas-balanças dotadas de células de carga. As balanças de sínter e materiais diversos estão situadas entre os silos dos lados A e B e estão assim distribuídas: - 6 unidades para o Alto-Forno 1; - 5 unidades para o Alto-Forno 2; - 8 unidades para o Alto-Forno 3; As balanças de coque estão situadas nas tremonhas-balanças de alimentação do alto-forno. Para o Alto-Forno 1 e 2 alimentação por skips e para o Alto-Forno 3 o  surge-hoper.

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V.3.3  –  Carregamento do Alto-Forno.

O topo dos altos-fornos da Usiminas é do tipo convencional, composto de duplo cone e distribuidor rotativo, além de 2 sondas para acompanhamento do nível da carga. Para o Alto-Forno 3, existem ainda 2 tremonhas de recebimento, sistemas de equalização de pressão e de distribuição de carga via placas móveis. Compõem o sistema de carregamento todo o percurso das matérias-primas e coque, desde a saída dos silos de estocagem dos altos-fornos até a deposição da carga no interior dos mesmos. As matérias-primas (sínter e coque) depositadas nos silos passam  pelo sistema de peneiramento para retirada dos finos. O sínter e os materiais diversos  pesados nas tremonhas-balanças sob os silos são conduzidos por correias transportadoras até os  skips (alto-forno 1 e 2) e até os  surge-hoper  (Alto-Forno 3). No topo do alto-forno, o  skip verte o material dentro do cone pequeno, dotado de um sistema de giro que realiza a distribuição de carga de acordo com ângulos previamente estabelecidos. Do cone pequeno, o material passa para o cone grande e quando a sonda atingir o nível de carga pré-estabelecido, o cone grande abre e joga a carga no interior  do alto-forno.  No carregamento do alto-forno 3, os materiais armazenados no  surge-hoper  são descarregados na correia principal, obedecendo a uma sequência definida, sendo conduzidos para as tremonhas do topo. Destas tremonhas, o material passa para o cone  pequeno através da abertura das válvulas de vedação, momento em que o material é homogeneizado pelo distribuidor. Após a equalização da pressão do gás no cálice do cone pequeno com a do cone grande, o material passa do cone pequeno para o cone grande. Quando a sonda atingir o nível de carga pré-estabelecido, o cone grande abre e a carga é direcionada para as placas móveis, escoando até o interior do alto-forno.

V.3.4  –  Princípio de funcionamento do Alto-Forno. São duas as funções essenciais do alto-forno. Em primeiro lugar, o oxigênio combinado com o ferro metálico deve ser removido, e isto se consegue pela reação química entre os óxidos de ferro e o carbono (sob a forma de coque ou carvão vegetal),  para produzir ferro metálico, CO e CO 2. Em segundo lugar, o processo deve separar o metal produzido da parte restante não metálica ou ganga do minério e das cinzas do 20

coque. Isto se dá pela fusão da carga, a escória incorpora os componentes indesejáveis e flutua sobre o metal. A temperatura do processo é determinada pela temperatura na qual a escória tem fluidez suficiente, pois a temperatura de fusão do ferro cai de 1537°C para cerca de 1200 °C devido à presença de impurezas. O alto-forno pode ser dividido estruturalmente em 5 partes descritas a seguir. O Topo se define como a parte mais alta e que compõem os sistemas de vedação de gás e de alimentação da carga, sem deixar que os gases escapem. A Cuba compreende a maior parte do volume do alto-forno, sendo de formato tronco-cônico, com o maior diâmetro na base inferior. Este formato facilita a descida da carga e compensa seu inchamento por aquecimento. É onde ocorrem as  principais reações de redução gás/sólido. O Ventre é a parte cilíndrica situada logo abaixo da cuba, onde se tem a maior parte do amolecimento da carga. A Rampa é uma região tronco-cônica, com o menor diâmetro na parte inferior, sendo que este formato ajuda a sustentação da carga. Nesta região ocorre o gotejamento do gusa e da escória pelos interstícios de coque, havendo também as  principais reações gusa/escória de dessulfuração. O Cadinho compreende a região cilíndrica que compõe a patê inferior do alto-forno e tem como finalidade armazenar por um período de tempo controlado, o gusa e a escória. Favorece a separação destas duas fases a diferença de densidade. No cadinho estão localizadas as ventaneiras de ar e os furos de corrida. O alto-forno pode ser dividido em relação às zonas em três partes, Zona Granular, Zona de Amolecimento e Fusão, Zona de Coque Ativa, Zona de Combustão e Zona de gotejamento. Um esquema simplificado das zonas do alto-forno é mostrado na ilustração da figura 9:

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Minério Coque Zona Granular 

Zona de Amolecimento e Fusão

Zona de Coque Estagnado

Zona de Coque Ativa Camada em Amolecimento e Fusão Zona de Combustão Cadinho Zona de Gotejamento

Figura 9 - Zonas de um Alto-Forno.

O alto-forno trabalha em contracorrente. Sendo uma corrente descendente de material frio e oxidado (sínter e minério de ferro) é aquecida e reduz ao contato com uma corrente ascendente de gás redutor quente. A formação desses gases se dá com a combustão do carbono na região das ventaneiras, o que dá origem às elevadas temperaturas. Se o carbono é queimado por um sopro de ar admitido próximo ao cadinho, a reação inicial, na presença de excesso de oxigênio logo após as ventaneiras, é a formação do CO2 com desprendimento de considerável quantidade de calor. C + O2 = CO2 Fora desta zona, não há oxigênio livre e, em consequência da elevada temperatura alcançada (cerca de 2000 °C) o dióxido de carbono reage com mais coque  para formar o monóxido de carbono (reação de Boudoard) por uma reação endotérmica. CO2 + C = 2 CO Esse gás ascendente reage com a carga metálica oxidada (Fe 2O3) gerando um produto reduzido, o gusa. O gás redutor (CO e H 2) gera o gás do topo parcialmente oxidado em CO2 + H2O. O gás de rampa de alta temperatura, produzido na zona de combustão (região das ventaneiras), provoca o aquecimento da carga, reações de decomposição e redução dos óxidos durante sua elevação no alto-forno. Resulta que a temperatura do gás diminui gradativamente, ao mesmo tempo em que sua composição química se altera. Primeiramente, a carga sofre a evaporação da 22

umidade e o pré-aquecimento nas proximidades do nível de carga. À medida que a carga desce, ocorre a redução dos óxidos de ferro.  Na zona de amolecimento e fusão, na região da cuba inferior e ventre, iniciam-se o amolecimento e a fusão da carga, que se desenvolvem até atingir o cadinho. O gusa e a escória armazenados no cadinho são retirados pelos furos de corrida, em intervalos de tempos controlados.  Na região das ventaneiras, o coque, à medida que vai sendo queimado, diminui de tamanho gradativamente. Em conjunto com a fusão dos materiais que compõem a carga, provoca um abaixamento do nível da mesma no interior do altoforno, havendo então a necessidade de um novo carregamento no topo.

V.3.5  –  Corridas de Gusa e Escória. O gusa e a escória produzidos no interior do alto-forno são armazenados no cadinho. Do interior do cadinho, o gusa e a escória vazam pelo furo de corrida para canais de corrida, dispostos de forma a atender os respectivos furos de corrida de cada alto-forno. Este mecanismo é denominado de corrida de alto-forno.  No canal principal, ocorre a separação do gusa e da escória pela diferença de densidade. Através de canais secundários, o gusa é direcionado para o carro torpedo e a escória para o sistema de granulação de escória. O gusa carregado no carro torpedo é enviado para a aciaria. A granulação de escória consiste em verter a escória líquida sobre um jato d´água, proporcionando a granulação e o seu resfriamento.  Nos Altos-Fornos 1 e 2, a escória granulada é direcionada para um tanque de granulação, sendo removida através de caçamba para silos de desaguamento e estocagem. No caso de interrupção do sistema de granulação, a escória líquida é desviada para panelas, gerando a escória bruta.  No Alto-Forno 3, o princípio de granulação é o mesmo dos Altos-Fornos 1 e 2. A escória é direcionada para um tambor giratório, onde ocorre o desaguamento  primário e a alimentação da correia transportadora. Esta correia conduz a escória até os silos de desaguamento e estocagem. No caso de interrupção do sistema de granulação, o Alto-Forno 3 dispõe de 2 water-pits (poços de granulação), que permitem a obtenção de escória granulada pelos princípios já citados. Após a drenagem do poço, a escória granulada é removida por caminhões. Em situações de emergência, pode-se gerar  23

escória bruta nos poços de granulação. Neste caso, a escória líquida é vertida diretamente para o poço de granulação previamente drenado. A escória granulada e estocada nos silos é removida por vagões ou caminhões. Toda a escória granulada é comercializada. A escória bruta é disposta em aterro controlado.  Nos sistemas de granulação de escória dos Altos-Fornos da Usiminas, toda a água utilizada é recirculada (circuito fechado).

V.3.6  –  Aquecimento e enriquecimento do ar soprado no alto-forno. Cada alto-forno da Usiminas dispõem de 3 regeneradores tipo Cowper (hot stove) para o aquecimento do ar soprado. Os regeneradores são grandes torres, construídas de estrutura metálica cilíndrica, que tem um domo na parte superior. São revestidos internamente por material refratário. No interior do revestimento refratário, distinguem-se: - a câmara de combustão, dentro da qual se queima o gás, quando é aberta  permite a entrada do gás e ar durante a combustão e a saída do ar aquecido durante a ventilação. - a câmara de regeneração (aquecimento), constituída por empilhamento de tijolos refratários furados formando canais, que são aquecidos pela passagem dos gases quentes provenientes da combustão. O empilhamento é suportado por uma grelha de ferro fundido e essas por colunas, também de ferro fundido, onde então é apoiado todo o  peso. É na parte inferior da região das colunas que se encontra a entrada do ar soprado e as saídas de fumaça para a chaminé.  No regenerador Cowper aplica-se o princípio das correntes inversas. O ar  frio entra na parte mais fria do circuito e sai na parte mais quente e os gases quentes ao contrário. Utilizam-se 3 regeneradores, enquanto um estiver em ventilação, os outros dois estão em combustão, permitindo o aquecimento contínuo do ar soprado. Para a combustão dos regeneradores utiliza-se uma mistura de gás de coqueria (COG - Coke Oven Gas), gás de alto-forno (BFG  –  Blast Furnace Gas) e ar. Os produtos da combustão são direcionados para uma chaminé. A produção diária de um alto-forno sofre uma grande influência da taxa de enriquecimento do ar soprado, já que a produção do gusa está diretamente relacionada 24

com a velocidade de queima do coque, que depende por sua vez da taxa de oxigênio injetado. A injeção de oxigênio é utilizada para aumentar a entrada de oxigênio no alto-forno quando os sopradores já estão operando no máximo de sua capacidade, para  permitir maiores taxas de injeção de combustível auxiliar ou quando a temperatura do ar  soprado já está na capacidade máxima dos regeneradores.

V.3.7  –  Gás de Alto-forno (BFG)

O gás redutor (CO + H 2) produzido na zona de combustão do alto-forno (região das ventaneiras) sobe em contracorrente à descida da carga. Durante sua elevação no alto-forno, provoca o aquecimento da carga, reações de decomposição e redução de óxidos. Como consequência deste processo, obtém-se o gás de topo  parcialmente oxidado em CO 2 e H2O. Este gás é conhecido como gás de alto-forno (BFG - Blast Furnace Gas). O gás que sai no topo do alto-forno tem uma quantidade elevada de poeira, exigindo-se um prévio tratamento para sua utilização. Esta poeira é proveniente de finos da carga metálica e coque e também da degradação do sínter, gerando muitos finos que são facilmente arrastados pelo gás. O gás de alto-forno constitui uma fonte de energia muito útil em toda a usina sendo, portanto, indispensável a sua utilização de modo econômico e racional. Essas condições exigem que o gás seja tratado da melhor maneira possível.

V.3.7  –  Fatores que afetam a Redutibilidade. Vários fatores influenciam na formação do gusa no alto-forno. Conhecendoos previamente torna-se mais fácil a adequação do alto-forno aos processos desejados. Segue abaixo alguns fatores que afetam a redutibilidade do alto-forno e suas consequências.

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- Efeito da temperatura: O diagrama de Goodeve (diagrama de coordenadas ΔG - T

com curvas representando o potencial de oxigênio hipotético de uma quantidade

de ar que se escoa das ventaneiras ao topo do alto-forno; mostra também as linhas de C  – 

CO para várias pressões e linhas referentes aos demais óxidos que usualmente

intervém no alto-forno.) evidencia que qualquer óxido cujo potencial de oxigênio esteja acima do potencial mínimo atingido no alto-forno, pode ser reduzido à forma elementar. Como as linhas do potencial de oxigênio para os três óxidos de ferro estão acima da faixa de composição para o gás em todas as temperaturas, teoricamente os óxidos  podem ser reduzidos pelo gás até na temperatura ambiente. Contudo, os tempos de reação crescem exponencialmente com o decréscimo de temperatura e a taxa de reação somente se torna significativa acima de cerca de 400 °C.

- Efeito da difusão gasosa: A velocidade da redução gasosa é controlada pela taxa segundo a qual os átomos de oxigênio no minério podem se combinar com o CO. Isto depende grandemente da rapidez com que os átomos de oxigênio entram em contato com o monóxido de carbono e também da rapidez com que o CO 2 produzido na reação é substituído pelo CO, com a finalidade de garantir o prosseguimento da reação. Quando os átomos de oxigênio da superfície da partícula são removidos, a velocidade de redução passa a ser controlada principalmente pela facilidade com que os átomos de oxigênio do centro alcancem a interface gás-sólido, para reagir com a mistura gasosa. Verifica-se que os íons de oxigênio podem se difundir rapidamente através do óxido férrico quando uma camada de óxido é formada no ferro metálico, mas o íon metal tem maior mobilidade na magnetita e na wustita. Este comportamento deve se aplicar  também na redução do óxido e é de se esperar que o primeiro estágio na redução de Fe2O3 para Fe3O4 se processe mais rapidamente que as fases posteriores. No primeiro estágio, a remoção dos íons de oxigênio da superfície deixa vazios na rede cristalográfica, através dos quais os íons de oxigênio podem migrar a partir do centro não reduzido, enquanto que a remoção do oxigênio nos últimos estágios da redução forma uma camada metálica densa que se opõe ao contato gás-oxigênio. Então, quando se usa um minério rico em magnetita, o mesmo deve ser submetido a uma ustulação oxidante, a fim de se converter o óxido em Fe 2O3. Isto melhora a redutibilidade do minério, pois durante a posterior redução a Fe 3O4, a remoção dos íons de oxigênio torna o minério poroso, o que vem facilitar o contato gás-sólido dentro dos poros para a redução final a ferro metálico. 26

- Efeito da variação de volume: A redução direta da magnetita a ferro (abaixo de 610°C) é acompanhada por uma grande diminuição de volume. Esta contração faz com que as partículas de minério se tornem profundamente fendilhadas, o que aumenta a superfície de reação por unidade de volume e facilita a redução. Ao contrário, a redução da magnetita à wustita é acompanhada por uma variação de volume desprezível, a maior parte da variação ocorrendo durante o segundo estágio da redução de wustita a ferro. Por isso, a taxa de reação tende a ser inferior na redução “via wustita”, embora a elevada temperatura favoreça a cinética.

- Efeito da porosidade e granulometria do minério: É evidente a influência da  porosidade e da granulometria sobre a redutibilidade do minério. As experiências de laboratório confirmaram que a redutibilidade de um minério aumenta com a porosidade e com o decréscimo das dimensões das partículas, mas a forma só é importante para  partículas menores que 0,5mm.

- Efeito da formação de escória: A redução gasosa é impedida em elevadas temperaturas pelo início de formação da escória. A primeira escória formada é muito viscosa e reveste as partículas de minério com uma película relativamente impermeável, o que evita o acesso do gás redutor à superfície do minério. A temperatura na qual isso ocorre é determinada pela composição da carga, mas compostos silicatados de alumínio e ferro, de baixo ponto de fusão (cerca de 1100 °C), podem ser formados no forno ou já estarem presentes no minério. Em geral, a redução gasosa praticamente cessa quando o minério está entre 1100°C e 1200°C e, a partir deste nível (parte inferior da cuba), os óxidos de ferro que restam são reduzidos por reação com o carbono sólido da carga.

- O uso de sínter na carga do Alto-Forno: Numerosos fatores de ordem operacional e de ordem econômica levaram as usinas metalúrgicas ao uso extensivo de sínter. Estas vantagens se tornaram ainda mais evidentes quando se conseguiu apreciar  claramente os fatores que afetam a redutibilidade, em particular, no que se refere à necessidade de se evitar a formação de compostos de Fe durante a sinterização. Na sinterização, dá-se a decomposição dos carbonatos e hidratos, o que diminui as necessidades térmicas do alto- forno. Isso reduz o “coke -rate” e, portanto, o enxofre na carga.

- Contrapressão no topo: A produção de um alto-forno pode ser aumentada se for aumentada a taxa de combustão do carbono no cadinho, o que por sua vez exige maior quantidade de ar soprado pelas ventaneiras. Mas a tendência à formação de chaminés aumenta muito se a velocidade linear do gás aumenta e o consumo de coque 27

 por toneladas de ferro cresce desproporcionalmente. Além disto, agrava-se o fenômeno de auto-peneiramento e de arrastamento de partículas finas. Para eliminar estes inconvenientes, surgiu a técnica da sobre-pressão no topo. Ela permite que se eleve a massa de ar injetada no forno, mantendo a velocidade constante, pois o aumento da  pressão no topo mantém a mesma queda de pressão. Resulta disso um escoamento de gases mais uniforme, diminuindo a tendência à formação de chaminés. Uma maior  uniformidade na distribuição do gás permite aumentar a proporção da redução indireta, com redução no consumo de coque. Os russos citam um aumento na produção de 4 a 9% e uma redução no consumo de coque de 2 a 4% com esta técnica e, além disso, reduziram pela metade as poeiras no gás.

VI  –  Conclusão. A área de redução em uma usina siderúrgica é fundamental para o fabricação de aços e peças metálicas de boa qualidade, já que a formação do aço depende diretamente dos processos de coqueificação, sinterização e formação do ferro gusa.

O estágio

realizado na Usiminas proporcionou uma visão bem mais ampla de todo o processo siderúrgico na qual a redução do minério de ferro é o principal objetivo. O acompanhamento das operações da coqueria, sinterização e alto-forno mostrou que a fabricação de ferro gusa depende de variáveis não tão simples, porém o conhecimento  prático leva a uma diminuição considerável dos possíveis problemas que podem ocorrer  durante o processo de fabricação do gusa e possíveis soluções. Parte desse conhecimento pôde ser adquirido durante os dias de estágio, tempo este que também  proporcionou uma ótima integração do estudante a empresa.

VII  –  Agradecimentos. Toda essa experiência prática não seria possível sem a concessão do Estágio de Féria oferecido pela Usiminas. Agradeço à Empresa e todos os seus funcionários, que diretamente ou indiretamente participaram desse crescimento, em especial ao Engenheiro Mauro Vivaldino Fernandes, que disponibilizou parte de seu tempo e  paciência para a coordenação do estágio. Ao líder de grupo Ronaldo pela paciência e disposição e ao técnico Marcelo, sinceros agradecimentos.

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