AF Carvao Vegetal Revisado

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Alto Forno a Carvão 
Vegetal 
Grupo: Bruna Madureira, Janaina Campos, Lorena Gonçalves, Mateus 
Menezes, Wescley Viana 
O Carvão Vegetal 
 Utilizado como fonte de energia térmica para produzir 
ferro metálico a partir do minério de ferro desde o início 
da indústria do aço. 
 
Como há pouco enxofre em sua composição, o carvão 
vegetal melhora a qualidade do ferro-gusa e do aço 
produzido, aumentando consequentemente o preço 
final do produto (Uhlig, Goldemberg, & Teixeira Coelho, 
2008). 
História do Carvão vegetal 
Origem 
 Uso do carvão na história 
 Primitiva 
 Egito 
 Índios Brasileiros 
 Segunda guerra 
 Siderurgia 
 
Fonte: Carvão vegetal ecologicamente correto, 2007 
Figura 1 – Processo de produção do 
carvão vegetal 
Produção Mundial 
 Ferro Gusa 
 Brasil, Índia China vs África 
 
 
Fonte: Oberheu, 2017 
Tabela 1 – Maiores produtores de 
carvão vegetal 
Produção no Brasil 
 Utiliza carvão vegetal em sua maioria para produção 
de fundidos de ferro; 
 Segundo (Freitas, s.d.), a utilização de carvão é dividida 
entre: 
 85% por Indústrias; 
 9% por residências; 
 6% Pizzarias, padarias e etc.; 
Produção no Brasil 
 De acordo com o IBGE, Minas Gerais responde por 85% 
da produção de carvão vegetal: 
 18 dos 20 maiores produtores são mineiros (Grossi, 2013). 
 
Fonte: Bradsher, 2011 
Figura 2 – O carvão vegetal 
Carvão Vegetal vs Coque 
 A opção pelo uso de carvão vegetal ou coque para a 
redução do minério de ferro é econômica. 
O preço do coque é 19,0% e 29,7% mais baixo que o do 
carvão vegetal de origem nativa produzido legalmente 
e que o de carvão vegetal de origem plantada, 
respectivamente (Uhlig, Goldemberg, & Teixeira Coelho, 
2008). 
 
 
Carvão Vegetal vs Coque 
Fonte: Uhlig, Goldemberg, & Teixeira Coelho, 2008 
Gráfico 1 - Evolução dos preços de carvão vegetal de origem nativa e plantada e do coque 
de carvão mineral, em dólares por tonelada (IBGE, 2006a e DNPM, 2006) 
Qualidade do Carvão Vegetal 
 As exigências dos parâmetros de qualidade do carvão 
vegetal estão definidas através do conhecimento de 
suas características físicas e químicas (Brito, 1993) 
Fonte: Marques, 2015 
Figura 3 – Análise de qualidade 
Características Físicas 
 Pode-se afirmar que as características físicas mais 
importantes para a operação do alto forno são: 
 
Granulometria; 
 
 Densidade; 
 
 Resistência mecânica. 
Granulometria 
 Diretamente ligado à 
permeabilidade do forno 
Carvão Vegetal = Material friável 
Controle rigoroso da distribuição 
granulométrica para evitar input de 
finos 
 De acordo com Brito, 1993, para 
uma máxima vazão de gases, sem 
risco de fluidização do reator, o 
tamanho médio do carvão deve 
ser o triplo do minério. 
 
 
 
Figura 4 – Sistema de peneiras para 
distribuição granulométrica de partículas 
Fonte: Bertel Industria Metalurgica Ltda, 2011 
Densidade 
 Diretamente relacionada com a 
produtividade do alto forno. 
 Parâmetro inversamente 
proporcional ao consumo de 
combustível. 
Menor densidade → menor tempo de 
residência da carga metálica no 
interior do forno → maior consumo de 
combustível. 
 
 
Figura 5 – Densidade de diferentes 
materiais 
Fonte: Bertel Industria Metalurgica Ltda, 2011 
Resistência Mecânica 
 Implicações diretas sobre a 
granulometria 
 Devido às numerosas operações de 
manuseio e transporte, a geração de 
finos pode ser acentuada (material 
friável) 
Menor resistência à compressão 
 
 
Figura 6 – O Carvão Vegetal 
Fonte: Como é o processo de produção de carvão 
ecológico?, 2014 
Características Químicas 
 Dentre as características químicas mais importantes 
implicadas com a qualidade do carvão vegetal para 
uso siderúrgico têm sido destacadas: 
 
 Umidade; 
 
Composição Química; 
 
 Reatividade. 
Umidade 
 Deve ser o mais reduzida possível: 
 Alto teor de umidade + alta 
temperatura + ambiente pressurizado 
= risco de explosão 
 Alto teor de umidade = mais calor 
dos gases será necessário para a 
evaporação da água → perda de 
eficiência térmica 
 Segundo ABM, 1975, altos teores 
de umidade podem levar a 
prejuízos da ordem de 10% na 
produção do alto forno 
 
Gráfico 2 – Exemplo Típico de Curva de 
Queima 
Fonte: Junior, 2017 
Composição Química 
 Uma das característica mais 
valorizadas, principalmente em 
relação ao teor de carbono fixo, 
materiais voláteis e enxofre. 
O menor percentual de cinzas do 
carvão vegetal implica em um 
volume de escória de até 50% 
menor que do coque → ajuda no 
controle da permeabilidade na 
região inferior do alto forno. 
 
Figura 7 – Composição Química 
Fonte: Compostos Orgânicos, 2017 
Reatividade 
 É a capacidade do carvão de 
reagir com o dióxido de carbono, 
resultando em monóxido de 
carbono: 
C + CO2 → 2CO 
O carvão vegetal é mais reativo 
que o coque mineral. 
Quanto menor a reatividade, 
menor será o consumo de 
combustível do reator. 
 
Figura 8 – Reatividade do Carvão Vegetal 
Fonte: Carvão vegetal e Mineral, 2016 
Tabela 2 – Comparativo entre características do carvão vegetal e 
do coque 
Fonte: Malard, 2009 
Características do carvão 
vegetal e do coque 
 
 
 
 
 
Diferenças de operação: 
 
 
Alto Forno-Carvão Vegetal 
vs 
Alto Forno-Coque 
 
Carregamento e Reações 
Fonte: Junior, 2017 
Fonte: Junior, 2017 
Figura 9 – Carregamento do alto-forno Figura 10 – Reações químicas do processo 
Processo em Contra-Corrente 
Fonte: Junior, 2017 
Figura 11 – Descrição do processo em contra-corrente 
Função da Carga 
 Função do carvão mineral/coque: fornecer calor por 
meio da combustão, fornecer carbono para a redução 
de óxido de ferro e, indiretamente, fornecer carbono 
como principal elemento de liga do ferro gusa 
 A escolha do termo-redutor não modifica os 
fundamentos do processo de redução do minério de 
ferro 
O emprego de carvão vegetal torna a operação mais 
complexa devido à variação de suas propriedades 
físico-químicas 
Carvão Mineral – Coque 
Coque: obtido a partir da 
destilação do carvão mineral 
(mistura de carvões minerais) em 
fornos, na ausência ou presença 
de ar, em tempo estabelecido, e 
de baixo teor de enxofre e cinzas 
 Forno By-Product (ausência de ar – 
pressão positiva) e Heat-Recovery 
(presença de ar – pressão 
negativa) 
Figura 12 – Tipos de forno para produção de coque 
Fonte: Junior, 2017 
Carvão Vegetal 
O carvão vegetal é proveniente da 
queima parcial da madeira 
 Principal biomassa utilizada: 
eucalipto 
 Na conversão energética da 
biomassa ocorrem processos 
termoquímicos 
 
Figura 13 – Forno “Rabo-Quente” 
Fonte: Esteves, et al., 2009 
Carvão Vegetal 
 Processos termoquímicos: 
1) Secagem: ocorre até 110 °C, quando apenas a umidade é 
liberada; 
2) Torrefação: entre 110-250 °C, forma-se tiço ou madeira torrada; 
3) Carbonização: entre 250-350 °C, o carvão possui 75% de carbono 
fixo; 
4) Fixação: acima de 350 °C, ocorre redução gradual na liberação de 
elementos voláteis, principalmente gases combustíveis, continuando 
a fixação do carbono. 
 
Carvão Vegetal 
Carbonização: madeira é submetida 
a entre 450 e 550 °C em ambiente 
fechado, com pouco ou nenhum ar 
 No processo são liberados: gases, 
vapores de água e líquidos 
orgânicos 
 Permanecem como resíduos: 
alcatrão e carvão vegetal 
(principalmente) 
 
Fonte: Santos & Hatakeyama, 2011 
Tabela 3 – Produtosda carbonização 
Diferenças no Projeto 
O uso do carvão vegetal limita o tamanho do forno 
porque este produto não suporta altas pressões de 
carga 
 Altos-fornos de grande porte: coque 
 Altos-fornos que produzem ~1.200 toneladas de gusa: 
possível utilizar carvão vegetal 
 
Diferenças no Projeto 
 Descarga de carvão vegetal gera emissões 
significativas de material particulado → Instalação de 
sistema de despoeiramento 
 Descarga de coque: sistema de despoeiramento, no 
entanto, não gera a mesma quantidade de particulado 
Diferenças na Operação 
Menor T na zona de reserva térmica → Minério mais 
redutível 
Carvão vegetal → Maior tolerância à crepitação e 
desintegração 
 
Fonte: Braga, 2009 
Tabela 4 – Diferenças entre alto forno a coque e a carvão vegetal 
Diferenças na Operação 
 A escória de alto-forno a carvão vegetal: ácida, %CaO 
/%SiO2 < 1, menor ponto de fusão e maior viscosidade 
 Escória de AF a coque: básica, alto teor de enxofre, 
%CaO /%SiO2 > 1, maior ponto de fusão, menor 
viscosidade 
Fonte: Almeida, 2017 
Tabela 5 – Diferenças entre escórias de altos fornos a coque e a carvão vegetal 
Diferenças na Operação 
Fonte: Morais, 2008 
Tabela 6 – Comparação entre alto forno a carvão vegetal e a 
coque 
Vantagens e Desvantagens 
Não há enxofre em sua 
composição, melhora a qualidade 
do ferro-gusa e do aço; + 
Não emite dióxido de enxofre; 
As cinzas são menos agressivas ao 
meio ambiente que as 
provenientes de combustíveis 
fósseis; 
Menor corrosão dos equipamentos 
(caldeiras, fornos); 
Recurso renovável; 
Emissões têm menor contribuição 
para o efeito estufa. 
Aumenta o preço final do 
produto; 
Menor poder calorífico; 
O carvão vegetal normalmente é 
utilizado em pequenos altos-
fornos; 
Maior possibilidade de geração 
de material particulado para a 
atmosfera; 
Dificuldades no estoque e 
armazenamento; 
Maiores limitações operacionais. 
- 
Vantagens e Desvantagens 
Figura 14 – Rota Carvão Mineral vs Carvão Vegetal 
Fonte: Assis, sd 
Vantagens e Desvantagens 
Figura 15 – Rota Carvão Mineral vs Carvão Vegetal 
Fonte: Projeto plantar 
Consumo intensivo de matérias-primas e energia; 
 Impactos ambientais 
 Emissão de poluentes atmosféricos; 
 Emissão de efluentes líquidos; 
Geração de resíduos sólidos; 
 Uso do carvão vegetal como termo-redutor. 
 
Impactos Ambientais 
O carvão vegetal: 
 Energia mais limpa do que o coque metalúrgico; 
 Energia renovável; 
 As florestas plantadas absorvem o CO2 da atmosfera, 
compensando as emissões dos altos-fornos; 
O coque metalúrgico: 
 Instabilidade do seu preço. 
Impactos Ambientais 
Impactos Ambientais 
Tabela 7 – Parâmetros Comparativos Carvão Vegetal x Carvão 
Mineral 
Fonte: Marcelo Quintiere - Impacto ambiental e detalhes de produção, 2015 
Figura 16 - Floresta de eucalipto 
Fonte: Pralon, 2011 
Plano de Reflorestamento 
Grandes capitais; 
 Perfeita organização 
O Carvão Vegetal 
 Devastação de áreas muito 
grandes: 
Média de 3,5 e 5 m³ de carvão por 
tonelada de gusa; 
 São necessários de 20 a 25 m³ de lenha. 
 500.000 tonelada/ano → 75.000 a 
112.000 hectares; 
 Tecnologia usada no processo 
produtivo; 
 
 
Figura 17 – Carvoaria em Riachão 
das Neves BA 
Fonte: Pralon, 2011 
 Florestas nativas escassas; 
Matéria Prima de fontes ilegais: 
 11,5%; 
 Últimos três anos 6.600 hectares foram desmatados. 
Desmatamento 
 Desmatamentos na Amazônia; 
 Pecuária 
 Pastagens em fazendas; 
 2005 → 245 mil hectares desmatados; 
Consumo de 4,3 milhões de toneladas de carvão 
vegetal de origem nativa em 2005 - AMS (2007); 
 Produção de 3,0 milhões de toneladas de carvão 
vegetal a partir de extrativismo – IBGE (2005). 
 
 
 
Desmatamento 
Desmatamento 
Gráfico 2 - Evolução da área desmatada na Amazônia Legal e do 
consumo de carvão vegetal de origem nativa na indústria siderúrgica 
(INPE, 2007 e AMS, 2007) 
Fonte: Uhlig, Goldemberg, & Teixeira Coelho, 2008 
Beneficiamento 
Tabela 8 – Produtos e emissões do 
beneficiamento do carvão vegetal 
Fonte: Sousa, 2015 
Gráfico 3 – Massa de gás em kg por tonelada de 
lenha beneficiada 
Fonte: Sousa, 2015 
 Principais fontes de emissão de gás: 
Geração de energia; 
 Atividades industriais; 
Mudança no uso do solo. 
 
Efeito Estufa 
Gráfico 4 - Emissões de gás carbônico por 
atividade, em milhões de toneladas de CO2 
(BRASIL, 2004) 
Fonte: Uhlig, Goldemberg, & Teixeira Coelho, 2008 
 Produção de 1,3 milhões de toneladas de carvão 
vegetal emitiu 72 milhões de toneladas de gás 
carbônico; 
 Poderia ser evitada a emissão de 7,1% da emissão total 
de gás carbônico no Brasil atuando sobre o 
desmatamento ilegal; 
 
Efeito Estufa 
Figura 18 - Carvão Vegetal 
Fonte: Desenvolvimento do carvão vegetal renovável visa reduzir efeito estufa , 2016 
Controlar a origem do carvão vegetal utilizado na 
produção de ferro-gusa; 
 Não utilizar material de origem ilegal; 
 Ampliação da área de floresta plantada utilizando 
incentivos do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo; 
 Política que estimule a produção de carvão vegetal 
com custos mais competitivos. 
 
 
 
Recomendações 
Recomendações 
Gráfico 5 - Área de florestas plantadas no Brasil, em milhares 
de hectares (para os anos de 1970, 1975, 1980, 1985 e 1996, 
IBGE, 2007, para os anos de 1990, 2000 e 2005, FAO, 2006) 
Fonte: Uhlig, Goldemberg, & Teixeira Coelho, 2008 
Questões 
1. Cite três vantagens e três desvantagens de se usar o 
carvão vegetal. 
2. Porque a redução via Alto Forno continua sendo a 
opção mais escolhida pelas siderurgias? 
 
Referências 
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vegetal 
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