REDUÇÃO DIRETA

SIDERURGIA VIA ALTO FORNO SINTER FEED GRANULADO / PELOTAS CARVÃO SINTERIZAÇÃO PLANTA DE OXIGÊNIO ALTO FORNO SUCATA ACIARIA LD COQUERIA FERRO GUSA (Líquido) (SINTER) (COQUE)

SIDERURGIA VIA ALTO FORNO AR RESFRIADOR MÁQUINA DE SINTERIZAÇÃO FORNOS DA COQUERIA ALTO FORNO FERRO GUSA E ESCÓRIA REGENERADOR DE CALOR MINÉRIO DE FERRO CARVÃO COQUEIFICÁVEL SINTER PELOTAS GRANULADO COQUE

SIDERURGIA VIA REDUÇÃO DIRETA

Fe2O3 Fe3O4 FeO Fesólido Reações de redução Reação de redução do óxido de ferro Fe2O3 Fe3O4 FeO Fesólido Ferro metálico Hematita Magnetita Wustita

Reações de Redução Agentes redutores utilizados na redução do óxido de ferro são o CO, H2 e a mistura destes dois gases. Fe2O3 + CO = Fe3O4 + CO2 FeO + CO = Fe + CO2 Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O CH4+H2 O = CO + 3H2 Redução pelo CO Redução por H2 Reforma do gas natural Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O CH4+CO2 = 2CO + 2H2 FeO + H2 = Fe + H2O

Redução do minério de ferro (estado sólido) PRODUTO : Ferro esponja Midrex Descrição do processo Redução direta Redução do minério de ferro (estado sólido) PRODUTO : Ferro esponja GM > OU = 92% %Carbono = 1,4%

PROCESSO MIDREX

Midrex

Midrex

(3) REFORMA DO GÁS NATURAL Processo Midrex Etapas químicas (1) REDUÇÃO Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 Reator de Reducao (2) CARBURIZAÇÃO 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 3Fe + CH4 = Fe3C + 2H2 Resfriamento do ferro esponja (3) REFORMA DO GÁS NATURAL CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 CH4 + H2O = CO + 3H2 Reformador

Midrex Aspectos operacionais Capacidade – 100.000 a 1.200.000 t/ano 1ton ferro esponja 1,4 t matéria prima 339,84 Nm3) gás natural Fatores operacionais que afetam ao produção Características das matérias primas Parâmetros de controle do processo Manutenção da qualidade do produto

Midrex Matérias primas Elementos Aceitáveis Preferíveis Pelota Lump ore % Fe % SiO2 % Al2O3 % S % P % Cu % TiO2 66,0 3,0 1,8 0,025 0,03 67,0 2,0 1,2 0,015 0,01 0,15

Midrex Matérias primas Granulometria Aceitáveis Preferíveis Pelota Lump ore Nominal (mm) % - 35 + 10mm % -16 + 9mm % - 5mm 5 - 18mm 85% 5% 5 - 50mm 70% 8% 6 - 16mm 95% 3% 10 - 35mm

Matéria prima Produto da Redução direta

Midrex Propriedades físico- metalúrgicas : medidas através de ensaios de controle, desenvolvido pela Midrex Corporation e normatizados pela ISO; os ensaios simulam o comportamento metalúrgico do minério de ferro desde a sua degradação no transporte e no próprio reator, até as reações químicas que ocorrem na fase final do ferro esponja

Midrex Propriedades físico- metalúrgicas Redutibilidade Grau de metalização Geração de finos Crepitação Liberação de enxofre Tamboramento e abrasão Colagem ou Sticking

Midrex Redutibilidade Facilidade que o minério tem para ceder ao gás redutor os átomos de oxigênio ligados ao ferro Ensaio – amostra de minério é devidamente colocada numa retorta e esta pode ou não ser acoplada a uma balança. Faz – se então a redução da amostra em uma temperatura determinada e verifica-se via balança a perda de massa da amostra com o tempo de redução. Ao final traça-se uma curva do grau de redução da amostra com o tempo.

Midrex Ensaio Midrex Linder O ensaio tem o objetivo de determinar a metalização e a geração de finos da amostra, submetida ao gás redutor, temperatura e solicitação mecânica. Condições do ensaio: Temperatura de redução: 7600 C Tempo de redução: 300min. Massa da amostra: 500g Granulometria da amostra: - 19,0 + 9,52 mm Composição do gás : 55% H2, 36% CO, 5% CO2, 4%CH4. Vazão do gás: 14N l/min Forno horizontal tipo Linder, dinâmico com retorta dotada de uma câmera de 130 x 200 mm, com 10 rpm.

Midrex Após o resfriamento, a amostra é peneirada e determinada a fração de finos gerados durante a redução, expressa pela percentagem abaixo de 3,36mm. A seguir a amostra é pulverizada para determinação do Fe total, Fe metálico, FeO e C. A partir destes dados, determina-se o grau de metalização (GM), dado por : % GM = (Fe metálico / Fe total)x 100

Representação Esquemático do Ensaio de Redutibilidade - 7215 500 Kg do amostra Amostra 21,0 / 12,5mm 19,0 / 10,0 mm 15 l/min 30% CO 70% N2 N2 2 l/min N2 2 l/min Balança – acompanhamento do perda de peso durante a redução % Red = (oxigênio removido / oxigênio total) x 100

Midrex Grau de metalização - GM Grau de metalização é a quantidade de ferro metálico a partir do ferro total constituído no minério GM = Fe metálico x 100% Fe total

Midrex Geração de finos durante reducao Os finos gerados referem-se a quantidade de finos que são produzidos durante a degradação do minério ocorre no início da redução no reator, quando passa a hematita à magnetita T = 400 0C a 600 0C mudança da rede cristalina aumento de 25% do volume da rede cristalina

Midrex Geração de finos durante redução Ensaios de geração de finos destinados ao alto – forno são RDI ISO 4696 e LTD Ensaios para os processos de redução são Linder Midrex ou ISO 11257 e HyL Nesse tipo de ensaio a amostra do minério granulado ou pelota é submetida a atmosfera redutora a baixas Temperaturas e a tamboramento (durante após a redução). Ao final peneira-se a amostra e determina-se A percentagem de partículas de minério abaixo de 3mm e/ou 0,5mm. Essas percentagens indicam a Suscetibilidade à desintegração do minério

Midrex Crepitação Refere-se à degradação granulométrica do minério granulado quando submetido a aquecimento rápido, ao ar. Ensaios: ISO 8371 e o COISRMJ (japonês) Ensaio – a amostra de 500g de minério, na faixa Granulométrica de 19,0 a 25,4mm, é colocada num Forno previamente aquecido a 7000 C . Após a 30min É retirada para resfriamento ao ar livre. Uma vez fria, é Peneirada. No caso do ensaio COISRMJ o índice de crepitação é dado pela percentagem de material menor Que 4,76mm. No caso do ISSO 8371 é dado pela fração menor que 6,30 mm.

Ensaio de Crepitação Norma Amostra Granulometria (mm) Secagem Índice ISO 8371 500g -25,0 + 19,0 12h a 1050 C Retirada dos finos +12h a 1050 C % -6,30mm (medida de 10 experiment os) COISRMJ 2h a 1050 C % -4,76mm (média de 4 experiment os)

Ensaio Esquemático de RDI - ISO 16,0 / 10 mm 500 Kg da amostra N2 2l/min 15 l/min 20% CO 60% N2 - 6,30mm - 3,16 mm - 2,83 mm - 0,50 mm Amostra 19,0 / 12,5 mm

Midrex Liberação de enxofre É a quantidade de enxofre (ppm) liberado na forma de H2S durante o processo de redução de minério deferro. No processo Midrex, o enxofre liberado pode contaminar o catalisador de gás , comprometendo a eficiência da Redução e consequentemente reduzindo a produtividade do reator. Ensaio – a metodologia usualmente utilizada foi desenvolvida pelo IAS .

Midrex O ensaio objetiva determinar o enxofre liberado na forma de H2S durante a redução do minério de ferro, baseado na norma ASTM E – 395 e ISSO / TC102 / SC5N147E. Utiliza-se um forno elétrico vertical tipo Gakushin e as condições do ensaio são: Temperatura de redução: 8500 C Gás redutor e fluxo: H2; 3,0 N l/min Massa da amostra:500g Granulometria da amostra: - 22,6 + 19,0mm Tempo de redução:L 165 min. O enxofre liberado durante a redução na forma de H2S, passa pela solução contendo iodeto de potássio e amido como indicador, descolorindo esta solução que de ser recomposta, titulando-a com iodeto de potássio gasto para manter a cor da solução.

Midrex Ensaios de queda ou Shatter Test O ensaio de queda objetiva avaliar a resistência de uma massa de minério de 20 Kg através de 4 quedas sucessivas de 2 metros de altura. O índice de queda é obtido pela % da massa retida em 10 mm, segundo a norma JIS 8711 E ABNT – NBR10633, para sinter de minério de ferro.

Ensaio Esquemático do Ensaio de Queda Amostra 50 mm 25 mm 10 mm 2 m 20 Kg do amostra Q = (Pf / Pi) x 100 Pf – peso do material acima de 10mm após a queda Pi – peso total

Midrex Tamboramento e abrasão Tamboramento é um índice que indica a resistência mecânica do minério ao impacto e abrasão durante a explotação, transporte e secagem. O índice de tamboramento (TI) é obtido através de um ensaio normalizado que simula a degradação do minério e refere-se ao material retido em peneiras acima de 6,3mm. O material fino gerado neste processo refere-se ao índice de abrasão (AI), constituído por material abaixo de 0,50mm.

Ensaio Esquemático do Ensaio de tamboramento e Abrasão 15 Kg do amostra Amostra 40 mm 25 mm 10 mm 6,3 mm 0,5 mm + 6,30 mm - TI - 0,50 mm - AI

Midrex Colagem (Sticking) Minérios muito ricos, como é típico nos processos de redução direta (sem fusão), tendem a colar suas partículas à medida que são reduzidos a ferro metálico fibroso à medida que cresce a temperatura do processo. A formação de cachos devido à colagem excessiva pode levar a séria perda de permeabilidade do leito e até mesmo parar a operação. Tem sido despendido grande esforço para chegar a um Ensaio de boa qualidade para avaliar a tendência de colagem.

Ensaio Tipo de minério Parâmetros Tamboramento Granulado Sinter Pelota TI (% 6,3mm ) AI (% -0,50mm ) 70 – 85 18 - 5 65 – 80 20 10 75 – 95 10 - 3 85 min. 10 max. Queda IQ ( % + 10,0mm ) 75 - 80 80 - 90 90 - 95 85 % min. Crepitação IC ( % -4,76mm ) 2 - 20 - 5 max. Redutibilidade ISO 7215 ( % R) 45 - 65 55 - 75 60 - 80 55 min. Desintegração ( RDI ) ( % - 2,83mm ) 10 - 50 25 - 40 5 – 15 Impacto ( % - 6,3mm) 4 - 8 5% max. Midrex Linder % GM % FG 88 - 96 30 - 4 89 - 96 5 - 1 90 min. Liberação de enxofre ( ppm ) 40 - 3 10 ppm

Correlação com o processo industrial Ensaio Objetivo - Medir Correlação com o processo industrial Tamboramento/Queda/Impacto Geração de finos durante manuseio e transporte Degradação granulométrica e geração de finos antes do carregamento no alto-forno e redução direta Redutibilidade Remoção de oxigênio do óxido de ferro Consumo de carvão / gás redutor RDI – Índice de Degradação sob Redução Resistência a desintegração sob efeito da redução Geração de finos na cuba do alto-forno, permeabilidade da carga Crepitação Finos gerados por choque térmico Geração de finos na cuba do alto forno, permeabilidade da carga Inchamento das pelotas Aumento do volume da pelota durante a redução Permeabilidade da carga, escoamento gasoso Desintegração dinâmica Resistência à desintegração sob efeito da redução RUL – Redução sob carga Resistência à compressão, contração da amostra durante a redução e grau de redução Permeabilidade da carga, amolecimento e fusão Midrex Linder Metalização e a geração de finos, durante a redução Produtividade do forno de redução direta Liberação de enxofre Enxofre no minério que libera durante a redução Contaminação da catalização do regenerador de gás

Midrex Vantagens do processo Midrex Tecnologia comprovada Baixo consumo de combustível na indústria Alta produtividade unitária, sem uso de altas pressões de operação Boa qualidade do ferro de redução direta Opção de se obter ferro briquetado a quente Capacidade de usar combustíveis alternativos

PROCESSO HYL III x MIDREX Pelotas/ 2) Temperatura do reator 1) Gas de reforma 3) Pressao do reator

Alto – Forno X Redução Direta

Fabricação de aço Alto - Forno Redução Direta Forno Elétrico Fundentes Coque ou Carvão Granulado/Sinter Pelota Conversor a oxigênio Ferro gusa Escória Aço Granulado/Pelota Forno Elétrico Ferro Esponja Aço Gás Natural ou Carvão Reator de Redução Direta Alto - Forno

Comparação entre Alto-Forno e Redução Direta Itens Alto - forno Redução direta Funções básicas principais Remover o oxigenio do minério de ferro, incorporar o carbono do carvão Separar o ferro líquido da escória contendo gangas - Remover o oxigenio do minério de ferro no estado sólido Temperatura de operação 1300 – 15000 C 800 – 9500 C Minério de ferro alimentado Granulado, sinter, pelota Granulado, pelota Combustível/redutor Coque ou carvão Gás ou carvão Produto Gusa Ferro esponja - DRI Estado físico do produto Líquido Sólido Especificações básica do produto 90 – 95% Fe 3 – 4,5% C 1,7% (Si, Mn, S, P) 90 – 96% Fe 0,5 - 2% C 3 - 6% (S, P, Al2O3, SiO2, FeO) Refino do produto Aciaria LD / Elétrica Aciaria Elétrica Consumo aprox. de energia 145 kwh, 400kg coque 98 kwh, 3G cal gás Consumo aprox. de energia – aço líquido 190 kwh * 780 kwh Custo aprox. do minério de ferro (USS/t) 8 50 Capacidade de produção Mt/ ferro/ano 6000 900

Processo Tecnored