Visualizar PDF - Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração

internacional. Surge, portanto, a necessidade dodesenvolvimento de novos processos oumodificações nos processos atualmente em usopara a produção de gusa. O processo Tecnored,o único brasileiro, apresenta vantagens comparativasrelevantes, pois utiliza aglomerados autoredutores,curados a frio, usualmente produzidosa partir de uma mistura de finos de minériode ferro ou resíduos e um agente carbonoso quepode estar in natura ou ser um derivado ou subprodutode outros processos. Os aglomeradossão em geral curados em secadores ou curadoresespeciais, objetivando conferir-lhes propriedadesadequadas ao manuseio e utilização no processode redução. Os reatores Tecnored possuemcaracteristicas especiais, tais como alimentaçãolateral de combustíveis, evitando reação desolution loss na cuba superior e queima secundária,que permite um melhor aproveitamentoda energia no processo. Do ponto de vista dosfenômenos que ocorrem no interior do reator, oforno pode ser dividido em três partes fundamentais:1) a cuba superior, onde ocorrem aauto-redução e os fenômenos de troca de calore momentum entre o gás ascendente e o sólidodescendente, 2) a zona de amolecimento e fusãoe 3) a cuba inferior, onde ocorrem a fusão, escorificação,incorporação de carbono, silicio e outroselementos de liga no gusa, além da combustãodo coque e os fenômenos de troca de calore momentum em um sistema de 4 fases: gás,sólido, escória e gusa. O estudo dos fenômenosfundamentais envolvidos na redução de misturasde minério e finos de carvões tem sido realizadopor diversos pesquisadores. (1,2) O comportamentode misturas minério/carvão sob várias condiçõesde auto-redução é de fundamental importânciano desenvolvimento do processo. (1,2) Poroutro lado, os fenômenos que ocorrem na cubainferior do processo são muito similares àquelesencontrados no alto-forno, facilitando a sua análisepor se tratar de fenômenos conhecidos. (3-6)Na tentativa de desenvolver modelos matemáticosque representem de maneira acuradaa cinética das diversas reações, bem como paraelucidar os principais fenômenos de troca de calore massa, D’Abreu e colaboradores (1,2) realizaramdiversos experimentos para determinar o comportamentode pelotas auto-redutoras e briquetesem processos industriais de redução direta.Outros trabalhos direcionados ao modelamentodeste fenômeno podem ser encontrados na literatura.(7,8) Neste trabalho é apresentado um modelamentoconciso de tais fenômenos, focandoseapenas a cuba superior. Em desenvolvimentosfuturos um modelo para a simulação do processocomo um todo deverá ser abordado.462 MODELAMENTO MATEMÁTICOO modelo da cuba superior do forno consiste naformulação dos fenômenos que ocorrem no interior do reatoradmitido como um sistema bifásico interagindo pela transferênciade massa, momentum e energia. O fenômenos podem ser formuladosem termos de equações de transporte similares e que podemser descritas por uma forma geral dada pela Eq.(1). Nesta equação,os chamados termos fontes, representam as possíveis interaçõesde uma fase com a outra, através da troca de momentum(forças entre as fases), energia (calor) e massa(reações químicas).O coeficiente assume diferentes significados conforme a equaçãoa ser resolvida. Em balanços de massa para as espécies químicasele representa difusividades, nas equações de momentum,viscosidades, e nos balanços de energia representa a condutividadetérmica da fase considerada. Para maiores detalhes sobrea formulação multifásica empregada veja, por exemplo, Castro,Nogami e Yagi. (3) Os balanços representados pela Eq(1) formamum sistema de equações diferenciais de segunda ordem resolvidopelo método de volumes finitos. Os modelos de transferência demomentum e energia foram coletados da literatura e adaptadospara as condições do forno em trabalhos anteriores. (3-6) (1)As fases consideradas neste modelo específico foram: a fasesólida, que compreende o aglomerado auto-redutor e a fasegasosa corresponde ao sopro de ar e gases gerados devido asdiversas reações químicas. Na Tabela 1 são apresentadas todas asespécies químicas consideradas em cada fase.O modelo considera as possíveis reações, sendo asprincipais: redução da carga metálica pelo CO e H 2 , sollution loss,combustão do carbono de maneira parcial ou total. As reaçõestêm a cinética influenciada pela temperatura reinante e composiçãodas fases. A transferência de massa inclui as mudanças defases tais como vaporização ou condensação da umidade. Nestetrabalho, utilizam-se modelos adicionais de reações para o carbonono interior do briquete/pelota e conseqüente redução dasmesmas. No interior da pelota/briquetes ocorre, principalmenteno primeiro estágio, a liberação dos voláteis e posteriorcombustão via CO 2 gerado no interior como resultado daredução dos óxidos. Simultaneamente, ocorrem as reações de“sollution loss” e “water gas” devido à presença do carbono emcontato com atmosfera rica em CO 2 e H 2 O, ambos resultantes daredução ou liberação de umidade no interior da pelota. Embora seadmita que as reações no estado sólido possam desempenharpapel importante no estagio inicial, este mecanismo foidesconsiderado no presente modelo. Entretanto as reações nafase gasosa como “gas shift” desempenham papel importante naTabela 1. Espécies químicas nas fases sólida e gasosa .Fases Espécies químicasGás CO, CO 2 , O 2 , H 2 , H 2 O, N 2 , SiOSólido Briquetes C, Volateis, SIC, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO, Fe, CaO, Al 2 O 3 ,auto-redutores MgO, SiO 2 , H 2 O, gangaTecnologia em Metalurgia e Materiais, São Paulo, v.2. n.4, p. 45-50, abr.-jun. 2006