2 Partes Do Alto Forno

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Parte do Alto forno e suas Zonas Equipamentos auxiliares Sistema de limpeza dos gases Os gases que saem do topo do alto forno contêm uma concentração razoável de CO (19 a 30%) e são utilizadas no sistema de aquecimento do ar soprado nas ventaneiras. Mas devido à grande quantidade de poeira arrastada, este gases devem ser tratados antes de serem empregados. O pó constituído basicamente de ferro e carbono. Este pó pode ser utilizado pelo industria cerâmica. Válvulas Bleeder Também chamadas de válvulas da alívio, são válvulas situadas no topo do alto forno, é a parte mais alta do forno acima dos chifres, tem a função de aliviar a pressão no topo sempre que esta se eleva repentinamente e de forma considerável. Balão de pó Balão e utilizado para coletar o pó mais pesado, se dá pelo diferencial de pressão que força o pó a depositar-se no fundo do balão Lavador de gás Recebe o gás parcialmente limpo pelo balão de pó. Utiliza jatos de água para condensar a lama vinda no gás e a deposita no fundo do lavador. No segundo estágio retira as partículas que ainda são arrastadas pelo gás. Com isso o gás se torno úmido. Região do coque estagnado Também chamada de Zona de coque Inativo ou Homem-morto. É composto de uma quantidade mais central de carvão, que por estas afastado da zona de combustão, não reage com o oxigênio soprado nas ventaneiras desta forma não formando o gás CO, redutor utilizado no processo. Esta localizado no centro do forno, tem a função de auxiliar no suporte da carga e na manutenção da temperatura no interior do cadinho. Por esta região escorrem o metal e a escória à medida que são fundidos, devido a passagem do ferro por esta região, este se enriquece em carbono, gerando o gusa com até 4,5% de carbono. Este desgaste promove gradativamente a redução desta região. Região de coque ativo Também conhecida como Zona de Combustão, nesta região ocorre a combustão do carboredutor granulado e injetado. Através desta combustão são gerados os gases redutores responsáveis pelo aquecimento e redução dos óxidos e é gerado o calor necessário a fusão do metal e dos óxidos que iram compor a escória. É uma região formada parcialmente de um vazio causado pelo sopro do ar, bem à frente da ventaneira. Zona granular Nesta zona o minério e o coque ou CVR mantêm sua configuração em camadas, tais como foram carregados, ou seja, camadas alternadas de coque e minério. Nesta região existem apenas duas fases (gases e sólidos), portanto, a redução dos óxidos de ferro ocorre apenas no estado sólido. Zona de amolecimento e fusão Zona onde a carga metálica fica no estado de amolecimento até a fusão completa. Se divide em outras duas zonas a Zona de gotejamento e a Zona coesiva. Esta região é caracterizada pelas altas temperaturas e reações que ocorrem, possibilitando a redução dos óxidos metálicos transformando estes em metal fundido, e a redução parcial dos óxidos não metálicos que iram formar a escória do processo. Esta região merece grande atenção durante a operação, pois nela coexistem três fases (sólidos, líquidos e gases). Zona coesiva É constituída de camadas de coque e camadas coesivas alternadas. As camadas coesivas são formadas de massas semifundidas de partículas de minério de ferro, praticamente impermeáveis ao fluxo gasoso, que passa preferencialmente através das camadas de coque. Zona de gotejamento Zona onde o metal e a escória, já sob a forma líquida, escoam através de um empilhamento de coque, em contra corrente com os gases. Engloba também as zonas de Homem-morto e Combustão (região de coque ativo). Demister Ligado logo após ao lavador de gás, tem a função de retirar a água que é arrastada pelo gás, deixando estes mais seco e pronto para ser utilizado na queima, seja nos regeneradores de calor, seja em outros pontos do processo Tocha Como nem todo o gás gerado no processo é reutilizado, seja nos regeneradores ou em outros ponto, o gás excedente é queimado para que o CO ainda livre se transforme em CO2 antes de ser lançado na atmosfera. Esta queima é realizada nas tochas do alto forno, e é também um indicativo da estabilidade da marcha do forno. Uma chama azulada deve ser vista quando este gás é queimado, se a chama estiver muito vermelha, é um indicativo de que ou o gás não esta sendo bem lavado ou a marcha do forno esta irregular, e com isso a formação de CO esta prejudicada formando mais CO2 que não é um bom redutor. Este é um indicativo de que o forno pode estar perdendo temperatura. Sistema de CVR Sistema responsável pelo recebimento ( normalmente por meio de caminhões), estocagem e enfornamento do CVR. Neste sistema o carvão é amostrado para se conhecer a suas características físicas (granulometria) e química (umidade, teor de cinzas e voláteis). Após o processo de encilamento, o CVR é peneirado e pesado para posterior enfornamento. Estas atividade acontecem de forma ininterrupta e concorrentes. Sistema de Minério Sistema responsável pelo abastecimento de minérios e fundentes para o processo. O minério é normalmente recebido por via férrea, e os fundentes por via rodoviária. São ensilados em silos distintos vistos que os minérios devem ser secados para retirada dos finos. Após a secagem os minérios são peneirados e juntamente como os fundentes pesados para posterior enfornamento. 59 Sistema de injeção de pó Sistema que utiliza os finos de carvão para o processamento de um pó mais fino, tal que seja capaz de ser injetado nas ventaneiras do alto forno e ser queimado na zona de combustão, favorecendo assim a temperatura na base, com isso reduzindo o consumo de carvão granulado enfornado no topo do forno e aumentando a produtividade do forno. As partículas de pó injetadas devem ser tal que ser queimem totalmente dentro da Zona de Combustão, não acendendo para a Zona de Coesiva o que provocaria a perda da permeabilidade do forno. O sistema de injeção de finos, também chamado ICP, é constituído de moinho (para moagem dos finos) e sistema de injeção em si, que injeta o pó de carvão através das lanças com auxilio de ar comprimido. Sistema de recuperação de lama Sistema dotados de espessadores e separadores que promovem a retirada da lama dos lavadores de gás a possibilitam a reutilização da água. Funcionam como uma estação de tratamento de água (ETA) Outros sistemas Glendons Glendons São regeneradores de calor de menor eficiência do que o Cowper, onde se conseguem aquecer o ar entre 500 a 850º, mas com investimentos muito menores. Eles são muito utilizados em altos fornos de pequeno porte. É constituído basicamente de fileiras de garrafas de ferro fundido ou aço inoxidável fundido interligados por vários canais. Na parte externa das garrafas o gás de alto forno é queimado com ar aquecendo as mesmas. O ar frio passa dentro das garrafas, trocando calor com estas, se aquecendo. É dividido em três câmaras, sendo a primeira chamada de câmara de combustão onde o gás é queimado, não sendo lançado diretamente nas garrafas. No meio a chamada câmara do meio e na parte de trás câmara fria. Tocha Regeneradores de calor Regeneradores de calor Se o ar necessário à combustão fosse introduzido no forno na temperatura ambiente, maior quantidade de combustível seria necessário para gerar o calor necessário ao processo. Utilizando-se uma parte dos gases de topo do alto forno para aquecer o ar, antes de soprá-lo pelas ventaneiras, obtém-se uma considerável economia de combustível sólido. O ar soprado é pré-aquecido nos regeneradores à temperatura de ordem de 500 a 1200º e então introduzido no alto forno pelas ventaneiras. Os regeneradores de calor são os Cowpers e Glendons. Cowper São equipamentos que absorvem o calor durante o período em que o gás do alto forno é queimado na câmara de combustão, e cedem calor durante o período em que o ar os atravessa. Normalmente o alto forno é equipado sendo dois em aquecimento e um cedendo calor ao ar soprado. São constituídos de uma carcaça cilíndrica de chapa metálica revestida internamente de tijolos refratários. Em um dos lados existe a câmara de combustão formando um ducto, ou chaminé de secção redonda ao oval onde é queimado o gás do alto forno em mistura como o ar. Cowper Zonas Sistema de refrigeração Há duas formas principais de refrigeração utilizadas nos altos forno. Sistema de cortina d'água: este sistema, mais utilizado em fornos de pequeno porte, se vale da troca térmica entre a chaparia do forno, e um lâmina de água que escorre por esta chaparia. Sistema por staves: este sistema utiliza placas de cobre ou ferro fundido entre o refratário e a chaparia do forno, possibilitando com isso uma troca térmica mais eficiente e aumentando ainda mais a vida útil do forno. Muito utilizado em fornos de grande porte devido principalmente ao alto custo de implementação. Esta troca térmica é necessária para evitar a radiação demasiada de calor para o ambiente e para aumentar o tempo de vida útil do refratário. Goela Parte superior do forno onde se localiza os dispositivos de carregamento e de saída dos gases. Tem o formato cilíndrico e chega a altura entre 2 e 3 metros de acordo com o equipamento. Sobre a goela é montado os dispositivos de carregamento do forno e sondagem. Pode ser montado um dispositivo chamado de "ARMADURA MOVEL" que consiste em placas moveis capazes de diminuir o diâmetro interno da goela, direcionando a carga do interior do forno. Este dispositivo é também chamado de placas moveis. Lança de injeção São lanças de aço que direcionam na região de combustão, pó de carvão pulverizado, o que reduz o consumo efetivo de carvão granulado enfornado pelo topo do forno e aumenta o coeficiente térmico do forno. Sistema de cone simples Neste sistema o cone que faz a estanquiedade do forno é montado em uma câmara pressurizada que equaliza a pressão do forno permitindo a passagem da carga. Após esta o cone é fechado e a câmara despressurizada para iniciar um novo carregamento. Sistema Paul Wurth Neste sistema redutor e minério são carregados separadamente através de uma câmara também pressurizada, no entanto o carregamento não necessita de etapas para passagem do material para o forno podendo ser feito sem intervalos de carregamento. Topo Parte superior do forno onde se localizam os dispositivos de carregamento e de saída dos gases. O sistema de saída dos gases é também conhecido como chifres, onde estão montadas as válvulas Bleeder, que tem a função de aliviar a pressão no topo em caso de subida repentina. O sistema de carregamento e constituído dos dispositivos que permitem a passagem da carga para o interior do forno, podendo ser do tipo tremonha, duplo cone, cone simples ou cone pressurizado (Paul Wurth). Visão geral Definição Aparelho carburedutor, de carregamento contínuo, com cargas descendentes em contra corrente com as cargas gasosas redutoras, com a função de reduzir o óxido de ferro em um produto ferroso com alto teor de carbono No alto forno são gerados: Gusa: produto principal, base da siderurgia e da produção de aço, constituído de até 5% de carbono e silício. Escória: massa formada pela ganga do minério e pelos óxidos dos fundentes, tem a função de limpar o processo. Gás de alto forno: gás gerado durante o processo rico em CO e CO2 o que confere aos gás potencial energético considerável, que após lavado pode ser reutilizado no processo. Poeiras: finos gerados durante a redução do minério que são arrastados pelos gases , e podem ser reutilizado em outros processo. Histórico A metalurgia é o conjunto de tratamentos físicos e químicos realizados no MINERAIS para obtenção dos METAIS. De acordo com a história, os povos que melhor dominavam os artes de domínio dos metais poderão expandir os seus domínios. Dos metais utilizados pelo homem, o FERRO é o mais utilizado, mesmo não sendo o mineral metálico mais abundante no mundo. Essa vasta utilização se deve ao fato de ser o mais facilmente extraído e conformado sendo mais facilmente aplicado pelo homem. Para se extrair o ferro do minério, é necessário altas temperaturas e baixa quantidade de oxigênio, o que permite a redução do mineral a sua forma metálica. Isso pode ser conseguido através da mistura de minério de ferro e carvão contida em local isolado da atmosfera. Uma forma de se conseguir tal feito era a cavando um buraco no chão e colocando o minério e o carvão, que quando incandescia reduzia o minério deixando uma massa de ferro e escória. Neste tipo de forno o sopro de ar é intensificado em relação ao forno poço, com isso era possível atingir temperaturas um pouco maior, permitindo com isso a fusão da escória que podia ser vazada de tempos em tempos, obtendo um produto final mais limpo Forja catalã Alto forno É considerado o reator mais complexo da metalurgia. No seu interior ocorrem centenas de reações e estão presentes os 3 estados da matéria (sólido, líquido e gasoso). Neste reator ocorrem grandes gradientes de temperatura, variando de mais de 2000ºc a 150º. O alto forno é carregado com matérias primas ferrosas, fundentes e carborredutores que iram promover a redução dos óxidos de ferro em ferro metálico dotado de alto teor de carbono devido o contacto com os carboredutores, também poderá utilizar um sistema de injeção de finos de redutores ou óleos pesados em sua base para poder aumentar o gradiente térmico. O produto final do alto forno, é o ferro GUSA, uma liga de ferro e carbono contendo entre 3,5 e 4% de carbono, e demais elementos resultantes do processo como silício e manganês em menores quantidades. Sistema de enfornamento São sistema que conduzem as matérias primas até o topo do forno, podem ser do tipo correia transportadora ou Skip (carros que transportam a matéria prima por meio de correntes ou cabos de aço). Sistema de carregamento de duplo cone Neste sistema dois cones são montados no topo do forno, enquanto o cone superior recebe a carga da tremonha, o cone inferior passa a carga para o forno. Quando o cone inferior se fecha, estancando o forno, este permite que o cone superior transfira a carga para o inferior, reiniciando o ciclo. Sondas São equipamentos utilizados para medir a altura da carga a medida que esta é consumida no forno. A cada carga que será enfornada, a sonda é recolhida, e após o processo de enfornamento a sonda é novamente abaixada para medição do nível da carga. A medida que o processo se dá a carga reduz de nível e com isso permite a passagem de uma nova carga. Neste momento a sonda é recolhida e inicia-se um novo processo. Timpas Peça de cobre refrigerada com água onde se apóiam as ventaneiras. Estas servem para manter as ventaneiras fixas na carcaça do forno e auxiliam na troca térmica da ventaneira evitando a passagem desta temperatura para o região no entorno do forno. Algaraviz Tubo que liga ventaneira ao anel de vento, por onde passa o ar quente que é soprado no forno. Nele é montado um visor capaz de observar as condições internas no forno na chamada zona de combustão. Nele também pode ser montada a lança para injeção do pó de carvão. Através desta visor pode ter idéia da temperatura interna do forno, e observar a passagem de carga inativa na região da ventaneira também chamado de cascão. Ventaneiras São peças de cobre refrigeradas com água, que penetram até 500mm no interior do forno, e por isso são submetidas a altas temperaturas e abrasão dos materiais no interior do forno. Posicionadas na parte superior do cadinho, tem a função de direcionar o ar quente que é soprado no forno para estimular a queima do carvão, de forma uniforme ao redor do forno. A quantidade de ventaneiras em um forno irá depender o diâmetro do cadinho, podendo em grandes altos fornos chegar a 40 ventaneiras e em pequenos forno somente 6. Anel de vento É uma tubulação revestida de refratário que circunda o forno e é presa na carcaça do mesmo, nele circula o ar quente que vem dos sopradores e é distribuído entre as ventaneiras de forma homogenia. Soleira É o fundo do forno onde se deposita o gusa e a escória e onde se apóia a coluna de carga, nesta região esta o chamado Homem morto, região de carvão estagnado que não reage no processo de carbo-redução, mais é consumida para passagem do metal liquido. A soleira é revestida com varias camadas de refratário e deve ser o mais nivelada o possível para evitar o desnível da carga. Cuba Parte cônica, estreitando-se para cima até a parte superior cilíndrica da goela. Compreenda a maior parte volumétrica do alto-forno, sendo de formato tronco-cônico, com o maior diâmetro na parte inferior. Este formato deve em parte à necessidade de compensar o aumento de volume da carga, devido à elevação de temperatura e em parte para possibilitar uma descida de carga suave, sem a agregação de cascões de material semifundido nas paredes. Ventre Parte cilíndrica de união entre a cuba e rampa. É uma das partes mais solicitadas do forno, devido à intensa oscilações de temperatura em função da variação de posição da zona compreendida entre os pontos de amolecimento e fusão da carga metálica, denominada de Zona Coesiva. Principais partes Rampa Parte cônica alargando-se para cima, desde de o eixo das ventaneiras até o começo da cuba. Seu maior diâmetro esta na parte superior, e este formato auxilia a sustentação da carga e o gotejamento de gusa e escória para o cadinho, através dos interstícios das partículas de coque ou carvão. Cadinho Região do forno desde a parte inferior do furo de corrida da gusa ate o eixo das ventaneiras. De formato cilíndrico que compõem a parte inferior do forno, tem como finalidade armazenar, por tempo controlado, o gusa e a escória produzidos. Na parte inferior do cadinho, ficam as regiões denominadas de furo de gusa, onda são feitas as perfurações periódicas para a drenagem do gusa e da escória. Na parte superior do cadinho, ficam posicionadas as ventaneiras, onde é feita a injeção do ar soprado e de combustíveis auxiliares. 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