Aula 2_Reducao

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Como FuncionaComo FuncionaComo FuncionaComo Funciona
MatériasMatériasMatériasMatérias----PrimasPrimasPrimasPrimas
ReduçãoReduçãoReduçãoRedução
ReatorReatorReatorReator
UnidadesUnidadesUnidadesUnidades
PeriféricasPeriféricasPeriféricasPeriféricas
Produto PrincipalProduto PrincipalProduto PrincipalProduto Principal
SubSubSubSub----ProdutoProdutoProdutoProduto
Como FuncionaComo FuncionaComo FuncionaComo Funciona
MatériasMatériasMatériasMatérias----PrimasPrimasPrimasPrimas
ReduçãoReduçãoReduçãoRedução
ReatorReatorReatorReator
UnidadesUnidadesUnidadesUnidades
PeriféricasPeriféricasPeriféricasPeriféricas
Produto PrincipalProduto PrincipalProduto PrincipalProduto Principal
SubSubSubSub----ProdutoProdutoProdutoProduto
Vista Geral do Alto Forno e Unidades Periféricas
MatériasMatériasMatériasMatérias----Primas do Alto FornoPrimas do Alto FornoPrimas do Alto FornoPrimas do Alto Forno
Minério – Para se ter uma boa permeabilidade da carga,
de modo a garantir um escoamento “suave” dos gases,
foram desenvolvidos dois processos, tais como, pelotização
(pelota) e sinterização (sinter).
Fundentes– Tem a função de reagir coma ganga, baixando
seu ponto de fusão e formar escória, sendo que, o mais
importante é o calcário, onde este contribui com o
CaO(transforma a SiO2 e Al2O3 em escória fundida,
separando -as do gusa).
Coque – A sua utilização como combustível, traz bastante
vantagens, tais como, fonte térmica, redutor, espaçador, não
esquecendo também de suas propriedades
(porosidade/resistência).
Pelota
É um aglomerante de minério sob a forma esférica.
Sinter
VANTAGENS
- Redução de consumo de combustível;
- Maior rendimento do AF.
É o produto resultante da aglomeração a quente de uma mistura 
de finos de minérios, coque, fundentes e adições.
pelota
quartzo
minério
coque Small coque
sinter
COMBUTÍVEIS SÓLIDOS FUNDENTES
MATÉRIAS-PRIMAS DA CARGA METÁLICA
QUALIDADE QUÍMICA (%)
QUALIDADE FÍSICA (%)
Matéria-Prima Fe SiO2 Al2O3 CaO MgO TiO2 P Mn B2
Sínter 57,86 4,8 1,02 9,03 1,77 0,06 0,038 0,45 1,8
Minério (MMG) 66,66 2,0 0,91 0,01 0,02 0,03 0,041 0,19
Minério 
(Capanema) 63,01 2,3 2,86 0,001 0,04 0,06 0,091 0,03
Pelota 65,78 2,4 0,41 2,6 0,06 0,06 0,027 0,09
Quartzo 2,21 94,4 0,63 0,34 0,16 0,027
Matéria-Prima Faixa Mínima (mm) Faixa Maxima (mm)
Sínter 5 (Máx. 5% < 5) 50 (Máx. 11% > 50)
Minério 8 50 (Máx. 10% > 50)
Pelota Máx. 5% < 5 18
Quartzo 10 50
Principais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de Redução
Reações de Combustão
Reações entre zona
de Gotejamento e
as Ventaneiras
Reações na Zona
de Coesão
Reações na Zona 
de Redução
Reações acima da Zona 
de Redução
Reações de Combustão
Principais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de Redução
C(g) (coque+PCI) + O2(g) (ar soprado) CO2(g)
Devido a alta temperatura:
CO2(g) + C(s) 2 CO(g)
Formação do gás d’água:
H2O(g) + C(s) CO(g) + H2(g)
Com isso, tem-se na zona de combustão:
N2(g), CO(g), H2(g) à temperatura de ~ 2400ºC.
Reações entre zona
de Gotejamento e
as Ventaneiras
Principais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de Redução
Líquido(metal + escória)
Gás (CO, N2, H2)
Sólida (coque)
Principais reações Metal-Escória:
(FeO)(s) + C Fe + CO
SiO2 (g) + C [Si] + CO
Si + 2(FeO) SiO2 + Fe
(MnO) + C [Mn] + CO
Mn +FeS MnS + Fe
P2O5 + 5C 2[P] + 5CO
São reações endotérmicas
Reações na Zona
de Coesão
Principais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de Redução
Sólido (minério + coque)
Gás (CO, N2, H2)
Material pastoso(início da fusão da 
escória)
FeO + C Fe + CO
FeO + H2 Fe + H2O
Reações na Zona 
de Redução
É onde se dá a reação de
redução direta do Fe, com uma
temperatura constante
(~1000ºC) tanto do gás como da
carga .
3 Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO
2Fe3O4 + 2 CO 6FeO + 2CO
6FeO + 6 CO 6Fe + 6CO
Principais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de Redução
Reações acima da Zona 
de Redução
Principais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de ReduçãoPrincipais Reações de Redução
Com o abaixamento da
temperatura do forno, há uma
geração do gás CO2.
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
ALTO FORNOALTO FORNOALTO FORNOALTO FORNO
É um reator metalúrgico para produção de ferro gusa
(matéria-prima para fabricação do aço).
PERFIL
PROJETO
TOPO
CORPO
PERFIL DO ALTO FORNOPERFIL DO ALTO FORNOPERFIL DO ALTO FORNOPERFIL DO ALTO FORNO
PERFIL AF Nº 1 DA CST PERFIL AF Nº 2 DA CST
DADOS DO PROJETO DO AF DA CSTDADOS DO PROJETO DO AF DA CSTDADOS DO PROJETO DO AF DA CSTDADOS DO PROJETO DO AF DA CST
Dados do Projeto Alto Forno Nº01 Alto Forno Nº2
Produção de Projeto Atual
9.647 t/dia ~ 10.250 
t/dia
3.500 t/dia ~ 4.000 
t/dia
Volume Interno 4415 m3 1550 m3
Volume de Trabalho 3707 m3 1374 m3
Diâmetro do Cadinho 14 m 8 m
Nº de Ventaneiras 38 22
Furo de Gusa 4 2
Refrigeração da Carcaça
Stave Cooler (água 
desmineralizada)
Stave Cooler de 
ferro fundido e 03 
rows de cobre no 
ventre e cuba 
inferior
TOPOTOPOTOPOTOPO
É um sistema que tem como função o carregamento de matérias 
primas no Alto Forno.
Existem 2 tipos distintos em uso no mundo:
Tipo Bell LessTipo Bell Top
CARACTERÍSTICAS ESPECIFICAÇÃO AF 01 ESPECIFICAÇÃO AF 02
Tipo Duplo Cone Pressurizado Bell Less PW
Sistema de Carregamento Correia Transportadora Correi as Transportadoras
Capacidade de Carregamento 222 cgs/dia - 2 Batches - 1 cg 214 cg/dia - 2 Batches -1 cg
ESPECIFICAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS DO SISTEMA DE CARREG AMENTO
CARACTERÍSTICAS ESPECIFICAÇÃO AF 01 ESPECIFICAÇÃO AF 02
Tipo 04 SEPTUM VALVES Bischoff: 3 elementos
Pressão do Topo Máx. 2,5 Kg/cm2 Máx. 1,7 Kg/cm2
Sistema de Equalização
Primária: Gás Semi-Limpo 
Secundária: Nitrogênio Primária: Gás Limpo
ESPECIFICAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS DO SISTEMA DE PRESSÃO
Tipo Bell Top (sistema de cones)Tipo Bell Top (sistema de cones)Tipo Bell Top (sistema de cones)Tipo Bell Top (sistema de cones)
A carga é transportada em bateladas até o topo
do AF abastecendo silos de minério e de coque;
Os silos descarregam o material, com
agranulometria o mais homogeneizado
possível, dentro de um distribuidor rotativo;
O distribuidor rotativo alimenta o silo do cone
pequeno. O transporte do material é feito
deslocando o cone pequeno verticalmente;
O silo do cone pequeno descarrega a carga no silo
do cone grande e daí o material é descarregado
dentro do AF. Como o AF está pressurizado, o silo
do cone grande precisará também ser pressurizado
a uma pressão ligeiramente superior à pressão
interna do AF, permitindo assim que o cone grande
seja aberto para que a carga escoe para dentro do
AF, pelo movimento de abertura do cone grande.
Após cada operação de abertura e fechamento do
cone grande, o silo é despressurizado e ficará assim
até a nova carga.
Tipo Bell Less (Paul Wurth)
A carga é transportada até o topo do alto forno
abastecendo uma pequena calha que tem a função de
derivar a carga para dois ou trâs receiving hopes de
grandes capacidades;
Os silos descarregam o material diretamente
dentro do alto forno através de um bloco de
válvulas. Antes da operação de descarregamento
os silos serão pressurizados até uma pressão
ligeiramente superior interna do AF.
Neste sistema existe uma calha giratória dentro
do AF fixada a uma caixa de engrenagens
localizada na parte externa do AF. Este sistema
pode girar a 360º e inclinar a 90º, possibilitando
um controle extremamente eficiente da
distribuição e granulometria da carga no interior
do AF.
CORPOCORPOCORPOCORPO
É a parte do AF onde 
ocorrem todas as reações.
Embora revestido
internamente por refratários,
parte de seu calor é projeto
para a atmosfera. Para evitar
que isso ocorra, seu corpo é
revestidocomplacas ocas
de refrigeração por onde
passamgrandes volumes de
água para absorver o calor
irradiado.
UNIDADESUNIDADESUNIDADESUNIDADES PERIFÉRICASPERIFÉRICASPERIFÉRICASPERIFÉRICAS
Para o funcionamento do Alto Forno, diversos equipamentos
auxiliares são necessários, tais como:
Carregamento, Pesagem e Preparação de Matérias Primas;
Planta de Moagem e Injeção de Carvão;
Regeneradores de Calor;
Área de Limpeza de Gás;
Área de Corrida;
Tratamento da Escória.
Carregamento,Carregamento,Carregamento,Carregamento, PesagemPesagemPesagemPesagem eeee PreparaçãoPreparaçãoPreparaçãoPreparação dededede MatériasMatériasMatériasMatérias
PrimasPrimasPrimasPrimas
Para alimentação de materiais no
alto-forno, utiliza-se o sistema de
carregamento em “batches”, i.e., em
lotes bem definidos, normalmente
separados em coque e minérios (sinter,
pelotas, minérios).
Para formação desse lote, pesa-se os
materiais que o compõe e armazena-os
num silo de espera (Surge Hopper), até
o momento de enviá-lo ao topo do AF.
Nos fornos modernos utiliza-se
Tremonha de Pesagemem cada silo de
matéria prima e Correias
Transportadoras (CTP´s) para o
transporte.
TREMONHA DE PESAGEM
E PENEIRA
SILOS DE ARMAZENAGEM 
DE MATÉRIA-PRIMAS
Carregamento,Carregamento,Carregamento,Carregamento, PesagemPesagemPesagemPesagem eeee PreparaçãoPreparaçãoPreparaçãoPreparação dededede MatériasMatériasMatériasMatérias
PrimasPrimasPrimasPrimas
A CTP tem por finalidade o transportar os
matérias primas e coque, desde o sistema de
silos, para a tremonha de carregamento,
localizada no topo do Alto-Forno.
Antes dos materiais carregados para o
forno, são peneirados e pesados e então são
descarregados sobre a CTP, que os levará até
as tremonhas de carregamento localizadas no
topo do forno.
A maior movimentação de matérias primas
ocorre nessa área, onde finos em suspensão
requer uma captação rápida. Para atender com
melhor eficiência, usamos o filtro de saco ou
mangas mais comumente chamado “Bag Filter“.
Esse “Bag Filter” consiste de um exaustor que succiona a poeira das bocas de captação, centraliza
esta num duto e a encaminha até uma câmara onde existem sacos porosos de tecidos sintéticos
também conhecidos por “mangas”, permitem a passagem do ar e retêm os sólidos. Esses por sua vez
são descarregados em uma correia transportadora e devolvidos ao pátio.
Injeção de Carvão Pulverizado Injeção de Carvão Pulverizado Injeção de Carvão Pulverizado Injeção de Carvão Pulverizado ---- PCIPCIPCIPCI
Com a necessidade de contínua de redução de custos e
otimização de processos, foi desenvolvendo a partir daí, a
injeção de carvão pulverizado (PCI) pelas ventaneiras.
Diversos carvões não coqueificáveis podemser utilizados,
dependenso do seu teor de cinzas, enxofre, matéria volátil,
umidade e moabilidade.
Etapas do Processo:
Secagem / Moagem
Transporte / Injeção
Planta do PCIPlanta do PCIPlanta do PCIPlanta do PCI
Vista Parcial do PCI
PCI
Fornecedores Kuttner, Paul 
Wurth & Ferrostaal
Sistema de Moagem Fixed dolls
Capacidade de Moagem 94 t/h
Sistema de Injeção Fase densa
Vaso de Injeção 3
Pressão de Injeção 14 kg/cm2
Volume de Silo de Finos 2300 m3
Regenerador de Calor
Após ficar umcerto tempo cedendo ar quente para o Alto
Forno, a temperatura na saída do regenerador cai até o mínimo
permitido,(~90 min), então se inicia o período de combustão dos
gases da coqueria (COG) e o próprio Alto Forno (BFG) para
aquecer o regenerador.
O Alto Forno temo seu processo baseado na combustão do
carbono pelo ar. Assimsendo. Pode-se imaginar que para
aumentar o rendimento da combustão, reduzir o consumo de
combustível, aquecer o ar de combustão é uma boa medida.
Então adotou-se os altos-fornos de regeneradores de calor,
que permitemelevar temperaturas do ar até 1300 ºC.
170ºC
HV
1300ºC
A.F
Temp.
Ar frio
Temp. de
sopro
REGENERADOR DA CST AF-01
REGENERADOR DO AF-01
REGENERADOR DO AF-01
CARACTERÍSTICAS REGENERADOR AF 01 REGENERADOR AF 02
TIPO
Koppers com câmara de 
combustão DME
Quantidade 4 3
Área de Aquecimento 89900 m2 x 4 36329 m2 x 3
Temperatura do Sopro 1300 ºC 1250 ºC
REGENERADORES DA CST
LIMPEZA DE GAZESLIMPEZA DE GAZESLIMPEZA DE GAZESLIMPEZA DE GAZES
A quantidade de gás gerado no Alto Forno é cerca de 500 a 1600 Nm3/t.
com cerca de 10 a 15 g/Nm3 de pó, impedindo ser usado como combustível
diretamente.
A planta de limpeza de gás tem como propósito separar o pó do gás de
modo que permita o uso do gás como combustível e o pó como matéria prima
para o sinter.
Tipos de equipamentos de limpeza de gás:
Balão de pó– Coleta por gravidade as partículas maiores que foram 
arrastadas pelo gás do topo do forno;
Venturi Scrubber ou Bischofe – Provocam o resfriamento do gás e a
absorção dos pós de finos através de sprays d’água, formandouma lama,
que posteriormente é separada;
Separador de Neblina – Retém parte da água arrastada pelo lavador
úmido, separando sua lama e misturando com a lama dos coletores
úmidos.
Balão de Pó
VenturisVenturisVenturisVenturis
Separador de NeblinaSeparador de NeblinaSeparador de NeblinaSeparador de Neblina
Gasômetro
ÁREA DE CORRIDA
O gusa e a escória produzidos são retirados do interior do
Alto Forno, através de furos dos furos de gusa, cuja separação
de ambas são feitas no canal principal através da diferença de
densidade
O gusa separado segue através de canais para o carro
torpedo,e a escória para o “Dry Pit”.
Durante esse processo, ocorre muita fumaça quente, que é
aspirada e encaminhada até umsistema de despoeiramento (Bag
Filter), onde o pó é coletado e enviado para a Sinterização.
LAY-OUT DA CASA DE GUSA AF 01
Casa de Corrida do AF 02
Perfuração do FG no AF01
Corrida de gusa e escória
Molde para confecção da 
capela do FG do AF02
Perfuração do FG e 
centralização do anel da boca
Broca para perfurar o 
furo de gusa
Vista da boca após aplicação 
de massa
Corrida de gusa e escória no 
FG AF 02
Canhão obturado no momento 
do fechamento
TRATAMENTO DE ESCÓRIATRATAMENTO DE ESCÓRIATRATAMENTO DE ESCÓRIATRATAMENTO DE ESCÓRIA
Atualmente o sistema de tratamento de escória mais largamente
utilizado é o sistema “INBA”, devido a sua praticidade, eficiência,
baixo custo de manutenção e demanda de espaços menores para
sua instalação.
A finalidade desse sistema é granular escória de Alto Forno
através de resfriamento súbito da escória fundida comágua e
separar a escória granulada da água para se obter umproduto de
baixa umidade.
INBA AF-02
LAY-OUT DO GRANULADOR DE ESCÓRIA
DO AF 02
VISTA DO GRANULADOR DE ESCÓRIA DO AF-02
PRODUTO PRINCIPAL
Medição de 
Temp. de Gusa
Amostra de gusa
Ferro Gusa
Faixa de Controle
Composição Química AF 01 Af 02
Fe 94 94
C >4,75 > 4,5
Si 0,23 ~0,49 0,20 ~0,40
Mn 0,35 ~0,50 035 ~0,50
s <0,04 <0,044
P <0,08 < 0,085
Temp. Gusa ~1510 º C ~1490 º C
Seqüência de amostragem de gusa durante a corrida
Gás de Alto Forno
21 a 25% de CO
18 a 22% de CO2
2 a 5% de H
720 a 820 kcal/Nm³ de poder calorífico 
Pó de Alto Forno
25 a 40% de Fe
40 a 45% de C
5 a 7% de SiO2
2 a 4% de CaO
SUBPRODUTOS
Escória de Alto Forno
Escória produzida: de 200 a 320 kg/tg
Escória granulada meta = > 98 %
Escória bruta meta = < 2,0 %
Seqüência de amostragem de gusa durante a corrida
Composição Química da 
Escória de Alto Forno
Composição Química AF 01 AF 02
FeO 0,25 0,25
SiO2 32,3 32,6
Al2O3 12,6 11,9
CaO 40,7 41,2
MgO 7,9 8,1
TiO2 0,5 0,5
S 1,2 1,1
B2 1,26 1,26