Sid I Reducao Direta e Fusao Redutora 2014 02

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Disciplina: Siderurgia I
Profª Giselle Mattos
PROCESSOS DE PROCESSOS DE 
REDUÇÃO DIRETA E REDUÇÃO DIRETA E 
BIBLIOGRAFIA:
-Site: http://www.steeuniversity.org
-“The Making Shaping and Treating of steel – Ironmaking Volume”, AISE Foundation, 1999.
- “Introdução à Siderurgia”, autores diversos, 1ª Ed. 2007, ABM, São Paulo, Brasil.
- Site: http://www.hismelt.com.au/en/Flash/HIFD.swf
- Site: http://www.hismelt.com.au/en/Flash/HIPD.swf
-Site: http://www.midrex.com/
REDUÇÃO DIRETA E REDUÇÃO DIRETA E 
FUSÃO REDUTORAFUSÃO REDUTORA
Redução Direta e Fusão Redutora
� Durante o século passado, muitos esforços foram feitos para desenvolver processos de
produção de ferro para siderúrgicas que poderiam servir como alternativas e/ou suplementos
para o alto-forno convencional. Muitos destes projetos foram estimulados por um desejo ou
necessidade de usar minérios mais pobres e outros combustíveis disponíveis (além do coque), que
são impróprios para o alto-forno. Destes esforços surgiram os processos de redução direta e
também aqueles que realizam a fusão redutora dos óxidos de ferro.
PROCESSOS DE REDUÇÃO DIRETA E FUSÃO REDUTORA
� Processos que produzem ferro por redução abaixo do ponto de fusão do metal são
geralmente classificados como redução direta. O produto gerado é referido como “ferro
reduzido diretamente” ou popularmente como “ferro esponja”, ou ainda, em inglês, “direct
reduced iron” (DRI).
� Os processos que produzem um produto fundido, semelhante ao gusa do AF, diretamente a
partir de minérios são classificados como fusão redutora.
-- PARTE I PARTE I --
PROCESSOS DE PROCESSOS DE PROCESSOS DE PROCESSOS DE 
REDUÇÃO DIRETAREDUÇÃO DIRETA
Redução Direta
Processos de redução direta são aqueles nos quais a redução do minério de ferro a ferro metálico
é efetuada sem que ocorra, em nenhuma etapa do processo, a fusão da carga no reator. Assim, o
produto metálico é obtido na fase sólida, sendo chamado de “ferro esponja”. O ferro esponja é
um produto metálico com 85 a 95% de ferro e de 0,1 a 1,0% de C, podendo chegar a 2,0% de C.
Tem aspecto esponjoso e é obtido no estado sólido à temperatura em torno de 1100°C, e a preços
REDUÇÃO DIRETA
� Aspectos gerais.
Tem aspecto esponjoso e é obtido no estado sólido à temperatura em torno de 1100°C, e a preços
relativamente reduzidos se comparado a grandes siderúrgicas. Em geral, o ferro esponja é
utilizado em fornos elétricos a arco em substituição à sucata para obtenção do aço, onde a sua
característica vantajosa é a sua superioridade em relação à sucata em termos de pureza
(elementos de liga contidos na sucata podem dificultar o atendimento à especificação do aço a ser
produzido). Os processos de redução direta podem ser divididos conforme o tipo de redutor, em
duas classes: redutor sólido (carvão ou coque) ou redutor gasoso (gás natural-CH4 e/ou gases
redutores como CO, H2). Reações de reforma ou enriquecimento do gás redutor (para reutilização
no reator) normalmente são feitas em reatores separados do reator de redução dos minérios.
REDUÇÃO DIRETA
� Esquema básico.
Redução Direta
REDUÇÃO DIRETA
O ferro esponja foi a fonte principal de ferro por muitos séculos antes do alto-forno ser desenvolvido,
por volta de 1300. Ele era produzido em fornos rasos, usando carvão vegetal como combustível e
redutor. O produto destes processos era uma massa esponjosa de grânulos coalescidos de ferro
quase puro misturado com quantidade considerável de escória. Artigos utilizáveis de ferro forjado
foram produzidos por martelamento desta massa esponjosa, enquanto ainda quente, processo este
� Aspectos históricos.
Redução Direta
foram produzidos por martelamento desta massa esponjosa, enquanto ainda quente, processo este
que expulsava parte da escória. Com sucessivos passos de aquecimento e martelamento, obtinha-se a
forma desejada para a peça em ferro.
Após o desenvolvimento do alto-forno, que tornou possível a fabricação de grandes quantidades de
ferro com alto teor de carbono, as técnicas de redução direta perderam espaço. Porém estes
métodos ainda estão em uso e nunca foram totalmente abandonados. A facilidade com que minérios
de ferro são reduzidos dão aos processo de redução direta uma visão simples e lógica, principalmente
porque a redução ocorre a temperaturas relativamente baixas e sem a presença de uma fase líquida.
REDUÇÃO DIRETA
Nos tempos modernos, o ferro esponja tem encontrado crescente utilização em vários processos
industriais. O ferro esponja pode ser produzido como um material granular ou como uma massa
sinterizada, dependendo dos métodos de fabricação.
� Na forma granular, vulgarmente conhecido como pó de ferro, ele é usado na fabricação de
muitos artigos úteis por meio das técnicas de metalurgia do pó. Os pós de ferro são
compactadas por pressão na forma aproximada do artigo acabado, então sinterizadas a 950-
� Aplicação do produto.
Redução Direta
compactadas por pressão na forma aproximada do artigo acabado, então sinterizadas a 950-
1095°C, em fornos equipados com uma atmosfera protetora para evitar a oxidação e,
finalmente, pressionado ou usinado à sua forma final.
� A maior parte da produção de DRI é usado como um substituto para a sucata na aciaria com
forno à arco elétrico (EAF). O DRI deriva de óxidos de ferro mineral, e é um material
relativamente puro que dilui contaminantes na sucata e melhora a qualidade do aço. A farta
disponibilidade de sucata de baixo custo e o custo da energia limita o uso de DRI na maioria dos
países altamente industrializados. Processos de redução direta são favorecidos em locais com
reservas abundantes de gás natural (baixo custo), carvões não-coqueificáveis e/ou energia a
baixo custo, e que têm acesso a minérios de ferro ou aglomerados adequados aos processos de
redução direta.
REDUÇÃO DIRETA
O processo químico de redução direta dos óxidos de ferro depende da íntima interação entre gás e
óxidos. Os gases comumente usados são do CO e o H2, e suas reações de redução são:
� Aspectos metalúrgicos.
Hematita Hematita –– MagnetitaMagnetita
Redução Direta
Hematita Hematita –– MagnetitaMagnetita
Magnetita Magnetita –– WustitaWustita
WustitaWustita –– FeFe
REDUÇÃO DIRETA
O gás redutor pode ser fornecido ao forno de duas formas diferentes: proveniente de fonte externa e
injetado no forno já em sua composição característica, ou gerado internamente por reações entre um
gás injetado e uma fonte combustível. Em virtude desta possibilidade de variações existem diversos
processo comerciais de redução direta. Abaixo estão apresentados alguns deles.
� Aspectos metalúrgicos.
Redução Direta
REDUÇÃO DIRETA
A redução é realizada abaixo de aproximadamente 1100 ° C usando CO e H2, o DRI produzido será
poroso e terá aproximadamente o mesmo tamanho e forma que a partícula original de minério ou
aglomerado. Porém nesta faixa de temperatura há a tendência de que ocorra reação entre o Fe
metálico e o carbono do CO, produzindo Fe3C, conforme as reações abaixo. DRI’s produzidos via
processos a base de gás geralmente possuem de 1 a 2,5% de C como cementita.
� Aspectos metalúrgicos.
Redução Direta
processos a base de gás geralmente possuem de 1 a 2,5% de C como cementita.
REDUÇÃO DIRETA
Acima de aproximadamente 1000°C a redução dos óxidos de ferro pela ação dos gases redutores
continua, no entanto, o carbono passa a reagir com o CO2 e H2O, de acordo com as reações abaixo,
formando CO e H2, o que renova o potencial de redução do gás.
� Aspectos metalúrgicos.
Redução Direta
Em processos que usam o carvão diretamente como agente redutor, as reações abaixo ocorrem com
relativa intensidade. A primeira contribui positivamente para a evolução da redução, visto que
converte wustita em ferrometálico. A segunda introduz carbono ao produto, o que dependendo da
posterior aplicação do DRI pode ser bastante benéfico, como veremos adiante.
REDUÇÃO DIRETA
� Aspectos metalúrgicos.
A aproximadamente 1200°C (temperatura
máxima média entre processos para a redução
Redução Direta
direta), uma massa a pastosa e porosa se forma.
Acima desta temperatura o ferro metálico
formado vai absorver o carbono presente, o que
pode resultar na fusão do sólido, embora o
ponto de fusão de ferro puro seja 1530°C. Os
processos de fusão redutora operam com
temperaturas de produto superiores a 1300°C,
porque o carbono é absorvido rapidamente e
um líquido quente se forma, e pode ser
tratado/manipulado eficazmente durante o
processamento subseqüente.
REDUÇÃO DIRETA
Os termos associados com a medição da eficácia das reações de redução para DRI são definidos da
seguinte forma:
� O percentual de ferro total (FeT) é o ferro total em uma amostra, incluindo ferro metálico e ferro
quimicamente combinado com outros elementos, como carbono e oxigênio.
� Parâmetros de avaliação.
Redução Direta
� O ferro metálico (Fe0) é o teor de ferro quimicamente puro e somado àquele como cementita
(Fe3C).
� O grau de metalização diz respeito à participação do ferro metálico (Fe0) no ferro total (FeT).
REDUÇÃO DIRETA
� Uma grande vantagem do DRI em operações EAF é a ausência de resíduos de contaminantes
como o cobre e estanho. O enxofre contido do DRI também é relativamente baixo, e depende da
quantidade de S nos combustíveis e redutores usados. Seu teor varia de menos de 0,005% nos
processos de redução direta que empregam gás isento de S, até aproximadamente 0,02% em
processos onde o S está presente (pelo uso do carvão). Neste último caso, se carvões contendo
� Qualidade do produto - DRI.
Redução Direta
mais de aproximadamente 1,5% de S forem usados na redução direta, haverá a necessidade de
dessulfurar o aço produzido usando este DRI.
� O DRI, seja na forma de partículas, pelotas ou briquetes moldados, tende a reverter para o
estado oxidado quando exposto a ambiente não controlado. A grande área de superfície dos
poros do DRI torna suscetível a reoxidação espontânea, o que é indesejável pois ele perderá
gradualmente sua metalização. Quando o oxigênio no gás em contato com a DRI se esgota, ele
passa a reagir com a umidade, produzindo H2 gasoso, o que aumenta o risco de explosão em
espaços confinados. Devido aos riscos em potencial, à perda de valor, e aos possíveis efeitos
prejudiciais durante a fusão subsequente, produtores e usuários de DRI geralmente adotam
mecanismo visando protegê-lo do contato com a água.
REDUÇÃO DIRETA
A composição química bem como suas características físicas afetam diretamente seu desempenho
quando em uso. DRI’s destinados à compor a carga metálica em aciarias (maior uso) devem ter
composição controlada, evitando assim prejuízos ao processo de refino do aço.
� Qualidade do produto - DRI.
Redução Direta
� A metalização do DRI normalmente varia entre 90-95%, dependendo do processo e da� A metalização do DRI normalmente varia entre 90-95%, dependendo do processo e da
redutibilidade do óxido de ferro original. O teor de carbono no DRI é controlado para estar entre 1-
2,5%. Isto aumenta a recuperação de Fe na aciaria (pela reação com o O2 soprado) e o CO gerado
promove a prática da escória espumosa no forno elétrico a arco, o que é um mecanismo de
proteção dos eletrodos.
REDUÇÃO DIRETA
� Aplicação - Vantagens do maior teor de C no DRI.
� Influência do teor de carbono no consumo de eletricidade do EAS
Redução Direta
REDUÇÃO DIRETA
� Processo 
Redução Direta
MIDREX.
REDUÇÃO DIRETA
� Neste processo o gás redutor, composto por cerca de 95% (H2 + CO), entra no forno através de
um tubo localizado na parte inferior do mesmo, diretamente na zona de redução (entre 760-
927°C), desenvolvendo um fluxo ascendente em contracorrente com a carga sólida. Gás de topo
contém aproximadamente 70% (CO + H2) é recolhido e encaminhado a um purificador onde é
resfriado e limpo para remover a poeira. A maior parte do gás de topo é repressurizado,
� Processo MIDREX – Características operacionais.
Redução Direta
enriquecido com gás natural, pré-aquecido a ≅400°C, passando então pelo “reformador”, onde é
recuperado e novamente injetado no forno.
� Gás de topo em excesso serve como combustível para os queimadores do reformador. Os gases
da combustão quentes (no reformador) são usados nos recuperadores de calor para aquecer o
ar que alimenta a combustão nos queimadores do reformador. O uso de recuperadores de calor
tem melhorado a eficiência do processo, ajudando a diminuir o consumo de combustível.
REDUÇÃO DIRETA
� Processo MIDREX – Dados operacionais de um reator.
� Composição do gás redutor:
H2 – 52,9% ; CO – 34,7% ; H2O – 5,17%; CO2 – 2,47% ; (CH4 + N2) – 4,65%
� Temperatura de entrada do gás – ≅950°C
Redução Direta
� Temperatura de entrada do gás – ≅950°C
� Produção de ferro esponja – 100t/h
� Densidade do ferro esponja (DRI) – 3,1g/cm3
� Densidade do ferro esponja (HBI) - > 5,0g/cm3
� Grau de metalização – 94%
� Processo HYL.
REDUÇÃO DIRETA
Redução Direta
REDUÇÃO DIRETA
� Neste processo, desenvolvido pela H. Hojalata Lamina y SA (Hylsa) de Monterrey - México,
minério granulado e pelotas queimadas são reduzidos pela ação do gás natural reformado. Os
gases de redução são gerados por auto-reforma, isso acontece alimentando-se gás natural
como suporte ao gás proveniente da redução e injetando oxigênio na entrada do reator. A
oxidação parcial do gás natural com oxigênio em uma câmara de combustão gera os gases
� Processo HYL– Características operacionais.
Redução Direta
para a redução.
� O processo HYL utiliza quatro reatores idênticos que trabalham em regime de produção por
batelada. O ciclo de produção é formado por três fornos em produção (que estão conectados
em série) e um em operações de carga e descarga. A redução propriamente dita é realizada
em duas etapas. Carburação (formação do Fe3C), resfriamento e ajuste final do grau de
metalização são realizadas na terceira fase. Cada etapa leva cerca de três horas. Um complexo
sistema de válvulas permite a conexão dos reatores em qualquer ordem desejada.
REDUÇÃO DIRETA
� Processo HYL.
Redução Direta
� Processo em Leito Fluidizado (FIOR, FINMET, CIRCORED).
REDUÇÃO DIRETA
Redução Direta
REDUÇÃO DIRETA
� No processo FASTMET, a carga ferrífera alimentada é constituída por pelotas verdes (que não
passam por processo de cura) formadas por um aglomerado misto de concentrado de minério
de ferro, redutor (fino de carvão) e ligante. Estas pelotas são denominadas auto-redutoras, pois
já trazem em sua constituição o agente redutor. As pelotas são colocados na soleira formando
um leito sólido de uma ou duas camadas. Com o giro da soleira, as pelotas são aquecidas até
� Processo FASTMET– Características operacionais.
Redução Direta
1250-1350°C por queimadores localizados acima do leito. A redução se completa em 6 a 12
minutos dependendo do material carregado e do ciclo de T imposto. O DRI é descarregado com
≅1000°C, e pode ainda quente ser carregado em fornos de fusão, briquetado ou resfriado
indiretamente antes do armazenamento e/ou embarque.
� Gás de saída do forno é recolhido para um sistema auxiliar onde é limpo reduzindo SO2, NOx e
partículas aos níveis desejados. Este gás ainda quente é usado para o pré-aquecimento do ar de
combustão que alimenta os queimadores do forno. O processo foi concebido para reciclar toda a
água consumida, e todos os finos gerados retornam ao processo pela alimentação na mistura
das pelotas auto-redutoras.
REDUÇÃO DIRETA
� Processo FASTMET- Processamento.
Redução Direta
-- PARTE II PARTE II ––
PROCESSOS DE PROCESSOS DE PROCESSOS DE PROCESSOS DE 
FUSÃO REDUTORAFUSÃO REDUTORA
Fusão Redutora
�No final dos anos 1950, o conceito de produção de ferro líquido ou semi-aço diretamente do
minério ou concentrados, usando combustível/redutor barato e abundante, como o carvão
pulverizado, foi objeto de considerável atividade de desenvolvimento. Na época estes esforços se
detiveram em sérios problemas de processo e de técnicas. Porém, mais recentemente, tem havido
interesse renovado na retomada do desenvolvimento, estimulada em parte pela falta de
FUSÃO REDUTORA
� Aspectos gerais.
perspectivas de longo prazo do carvão metalúrgico de alta qualidade, pelo aumento dos problemas
ambientais associados aos fornos a coque e à plantas de aglomeração e outros operações
associadas à fabricação do gusa em alto-forno.
� Ainda há poucas técnicas avançando solidamente em direção à produção em escala industrial,
sendo a melhor estabelecida o processo COREX. Outras técnicas como Tecnored, Hismelt, DIOS, etc
avançam continuamente, algumas com recente start-up de suas plantas industriais.
� Estes processos visam atuar como alternativa ao AF convencional, e para isso buscam se
beneficiar da redução direta dos óxidos seguida por uma etapa de fusão do ferro já metálico. Tais
processos demandam menor consumo de redutor sólido, seja pela adoção de uma etapa de pré-
redução, seja pelo uso de aglomerados auto-redutores.
Fusão Redutora
FUSÃO REDUTORA
� Processo COREX.
� No processo Corex, todo o trabalho metalúrgico é realizado em dois reatores de processo
separado - o forno de redução e forno de fusão e gaseificação. Como coqueria e sinterização não
são necessários para o processo Corex, uma substancial economia de custos (de até 20%) pode ser
alcançada na produção de metal líquido. Com relação às questões ambientais, as emissões das
plantas Corex contêm quantidades insignificantes de NOx, SO2, poeiras e fenóis. Os valores de
emissão já se enquadram abaixo dos valores máximos permitidos por futuras normas européias.
Além disso, as emissões de águas residuais do processo de Corex são muito inferiores àquelas da
rota convencional com AF.
� No processo Corex, o gás redutor é produzido pela combustão parcial do carvão com o oxigênio
na porção fluidizada do forno de fusão/gaseificação, bem como a energia necessária para
completar a redução direta e produzir o metal fundido e escória. Os produtos líquidos são vazados
periodicamente, e parte do gás de topo do forno de redução juntamente com o excesso de gás do
leito de fusão são direcionados para fora do circuito e reaproveitados em outros fins.
Fusão Redutora
FUSÃO REDUTORA
� Processo COREX.
� O forno de fusão/gaseificação opera com elevada pressão e compreende um leito fluidizado com
T na parte superior da ordem de 1500°C, e na parte inferior uma zona de coleta de produtos
fundidos a aproximadamente 1550°C. Carvão é injetado na parte do topo do forno de fusão, acima
da zona de leito fluidizado onde é rapidamente aquecido a 1000-1200°C. Nesta T as matérias
voláteis são removidas e um particulado com bom teor de carbono fixo cai no forno em direção àvoláteis são removidas e um particulado com bom teor de carbono fixo cai no forno em direção à
zona de gaseificação, onde gás enriquecido com O2 é injetado por ventaneiras, nos moldes do AF,
queimando o C e gerando CO, e também liberando energia capaz de suprir as demandas de
redução e fusão da carga.
� O gás que sai do forno de fusão/gaseificação é resfriado a 800-900°C e limpo visando a remoção
de finos que retornam ao processo. Uma parte do gás limpo é então introduzida no forno de
redução, contendo mais de 94% (CO + H2). O restante é misturado com gás de saída do forno de
redução, então comercializado.
Fusão Redutora
FUSÃO REDUTORA
� Processo COREX.
Fusão Redutora
� É um processo nacional, que utiliza carregamento de combustível sólido granulado, e carga
metálica composta de briquetes ou pelotas auto-redutoras fabricadas com pós muito finos (não
utilizados nos AF’s). Produz gusa líquido e escória, gerando um gás rico em CO que é reaproveitado
no próprio processo ou para geração de energia. Seus sistemas auxiliares são similares àqueles de
um mini AF, e por possuir geometria retangular pode ser montado em modulações, o que permite
FUSÃO REDUTORA
� Processo TECNORED - Características.
aumento de volume interno.
� Devido ao fato dos briquetes/pelotas serem auto-redutores e possuírem grande percentagem de
finos de carvão em contato íntimo com os finos de minério, há formação de uma atmosfera
redutora, tanto dentro dos briquetes/pelotas como no ambiente de toda a cuba superior
aumentando a cinética de redução e impedindo a re-oxidação do material já reduzido.
� A redução dentro do aglomerado auto-redutor segue um modelo cinético de redução sólido-
sólido via intermediários gasosos que dispensa ou sofre pouca influência da composição atmosfera
exterior ao aglomerado, sendo bastante afetado pelas condições de escoamento e pela
temperatura.
Fusão Redutora
FUSÃO REDUTORA
� Processo TECNORED.
Fusão Redutora
� Baseia-se, assim como no alto-forno, em um fluxo de contra-corrente entre a carga metálica
descendente carregada pelo topo do forno e o gás ascendente gerado na região das ventaneiras
primárias através da queima de um combustível.
FUSÃO REDUTORA
� Processo TECNORED - Funcionamento.
Fusão Redutora
� O processo utiliza duas diferentes fontes de C: finos de combustível adicionado nos aglomerados
auto-redutores que atuam como agente redutor; e combustível granular carregado separadamente
que atua como agente térmico.
FUSÃO REDUTORA
� Processo TECNORED - Funcionamento.
Fusão Redutora
� O combustível entra no forno pelas laterais de forma a diminuir ou inibir a ocorrência da reação de
gaseificação do carbono (Boudouard) na cuba superior do forno. Isso resulta em menor consumo de
combustível e melhor distribuição térmica dentro do forno.
FUSÃO REDUTORA
� Processo TECNORED - Funcionamento.
Fusão Redutora
FUSÃO REDUTORA
� Processo TECNORED - Funcionamento.
� A geração de energia se dá em duas etapas distintas: na primeira o combustível é queimado em
frente às ventaneiras (queima primária - como no AF) utilizando ar pré-aquecido a ≅900°C; em uma
segunda etapa ocorre a combustão do CO gerado nas regiões inferiores do forno através da injeção
secundária de ar frio(Tamb).
Fusão Redutora
� O aglomerado leva cerca de 30 minutos para completar o processo de auto-redução até a sua fusão,
enquanto nos AF esta mesma etapa do processo dura entre 6-7 horas.
FUSÃO REDUTORA
� Processo TECNORED - Funcionamento.