HomeOs impactos da carga de ferro esponja nos altos-fornos
Em outra postagem, explicamos como uma siderúrgica pode reduzir suas emissões de CO2 ao injetar hidrogênio no alto-forno (AF), em substituição aos combustíveis de carbono. Embora existam evidências de sua viabilidade na siderurgia, a injeção de H2 em um AF existente requer investimentos em maquinários e em protocolos de segurança devido à sua alta inflamabilidade. Aqui, investigaremos como reduzir a emissão de CO2 do alto-forno com o uso de ferro-esponja na mistura de matérias-primas.
Conforme descrito no texto citado, o CO2 é o resultado de várias reações químicas no AF. Seu nível de emissão está intimamente relacionado à necessidade de redução, ou seja, a proporção de óxidos de ferro, como Fe2O3 e Fe3O4, na carga. Como os ferros esponja possuem alto teor de ferro metálico, o aumento do seu consumo reduz a necessidade de combustível do AF e, consequentemente, a emissão de CO2, sem afetar o ritmo de produção do forno.
Além da menor demanda estequiométrica de carbono, a entrada de um quilo de ferro metálico por tonelada de ferro gusa reduz a demanda de carbono para o processo em cerca de 0,4 quilograma de coque equivalente por tonelada de gusa. O impacto do consumo de ferro esponja é mostrado abaixo *.
O consumo de 200 quilos de ferro esponja por tonelada de gusa reduziu a taxa de emissão de CO2 em 0,21 t CO2 / t placa (quase 11%). Vale ressaltar que esta alternativa possui restrições operacionais que naturalmente limitam o uso do ferro-esponja.
O primeiro diz respeito ao impacto da camada de coque na permeabilidade do forno. A operação segura e eficiente do AF requer boa permeabilidade da carga, para garantir o fluxo de gás adequado dentro do forno. O coque carregado no AF contribui positivamente para manter a permeabilidade em bons níveis. Portanto, mesmo se reduzirmos a necessidade de carbono para redução, o AF ainda precisaria de coque para garantir a permeabilidade.
A outra restrição diz respeito à fundição de ferro esponja. Este processo requer calor, o que exige mais combustível para queimar. Em algum ponto, o AF não pode mais sustentar o aumento do ferro-esponja e da carga de combustível.
Finalmente, a taxa de consumo ideal de ferro esponja está sujeita a outros fatores econômicos e operacionais, como composição e preço do material, penalidades e metas ambientais e especificações do ferro gusa. Essas compensações são complexas e o suporte de modelos matemáticos para a tomada de decisões é a chave para lidar com essas questões.
* Nota: dados gerados usando o modelo de usina siderúrgica integrada da Cassotis de uma usina padrão baseada na rota AF-LD.
Coautor: Emmanuel Marchal - Managing Partner na Cassotis Consulting