internacional. Surge, portanto, a necessidade dodesenvolvimento de novos processos oumodificações nos processos atualmente <strong>em</strong> 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 <strong>em</strong> geral curados <strong>em</strong> secadores ou curadoresespeciais, objetivando conferir-lhes propriedadesadequadas ao manuseio e utilização no processode redução. Os reatores Tecnored possu<strong>em</strong>caracteristicas 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 ocorr<strong>em</strong> no interior do reator, oforno pode ser dividido <strong>em</strong> três partes fundamentais:1) a cuba superior, onde ocorr<strong>em</strong> 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 ocorr<strong>em</strong> a fusão, escorificação,incorporação de carbono, silicio e outrosel<strong>em</strong>entos de liga no gusa, além da combustãodo coque e os fenômenos de troca de calore momentum <strong>em</strong> um sist<strong>em</strong>a de 4 fases: gás,sólido, escória e gusa. O estudo dos fenômenosfundamentais envolvidos na redução de misturasde minério e finos de carvões t<strong>em</strong> 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 ocorr<strong>em</strong> 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 mat<strong>em</strong>áticosque represent<strong>em</strong> de maneira acuradaa cinética das diversas reações, b<strong>em</strong> 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 briquetes<strong>em</strong> processos industriais de redução direta.Outros trabalhos direcionados ao modelamentodeste fenômeno pod<strong>em</strong> 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 ocorr<strong>em</strong> no interior do reatoradmitido como um sist<strong>em</strong>a bifásico interagindo pela transferênciade massa, momentum e energia. O fenômenos pod<strong>em</strong> ser formulados<strong>em</strong> termos de equações de transporte similares e que pod<strong>em</strong>ser 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 <strong>em</strong>pregada veja, por ex<strong>em</strong>plo, Castro,Nogami e Yagi. (3) Os balanços representados pela Eq(1) formamum sist<strong>em</strong>a de equações diferenciais de segunda ord<strong>em</strong> resolvidopelo método de volumes finitos. Os modelos de transferência d<strong>em</strong>omentum e energia foram coletados da literatura e adaptadospara as condições do forno <strong>em</strong> 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 <strong>em</strong> 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 t<strong>em</strong>peratura 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, ocorr<strong>em</strong> as reações de“sollution loss” e “water gas” devido à presença do carbono <strong>em</strong>contato com atmosfera rica <strong>em</strong> 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 des<strong>em</strong>penharpapel importante no estagio inicial, este mecanismo foidesconsiderado no presente modelo. Entretanto as reações nafase gasosa como “gas shift” des<strong>em</strong>penham 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, ganga<strong>Tecnologia</strong> <strong>em</strong> <strong>Metalurgia</strong> e <strong>Materiais</strong>, São Paulo, v.2. n.4, p. 45-50, abr.-jun. 2006
homogeneização da fase gasosa, tendo sido considerada nest<strong>em</strong>odelamento. A Tabela 2 apresenta a composição inicial doaglomerado redutor, onde se observa uma proporção de carbonorelativamente alta e baixa proporção de voláteis, correspondentesa uma típica carga do processo tecnored. Osquadros 1 a 4 a seguir resum<strong>em</strong> as principaisformulações das reações químicas e valores deconstantes utilizadas no modelo.Reação “Sollution loss”Reação “Water gas”<strong>Tecnologia</strong> <strong>em</strong> <strong>Metalurgia</strong> e <strong>Materiais</strong>, São Paulo, v.2. n.4, p. 45-50, abr.-jun. 200647
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