Alto Forno: Trabalho Completo Sobre Processo e Funcionamento

Fazer um trabalho sobre alto forno Alto forno Introdução O alto forno é um reator que funciona a contra corrente A carga metálica composta por sínter minério granulado e pelota em conjunto com o combustível coque são carregados de forma controlada pelo topo O ar quente enriquecido com oxigênio é injetado na região inferior Suas funções Redução dos óxidos de ferro Fusão do ferro Fusão da ganga formação de escória Proporcionar quantidade de calor para o trabalho siderúrgico Como funciona Iniciase a carga do forno colocandose pela tremonha da guela uma quantidade de carvão em seguida uma quantidade de fundente e por fim o mineral com o que teremos formado três camadas Em seguida carregase novamente carvão seguido por fundente e após o minério seguese assim até completar três quartos de sua capacidade total Acendese o alto forno em sua parte inferior e iniciase a sopragem do ar quente pela tubulação colocada acima do cadinho que deve estar pré aquecido para evitar a solidificação do metal fundido O oxigênio do ar O2 ao atravessar a primeira camada de carvão incandescente C combinase com o mesmo formando óxido de carbono CO Continuando caminho ascendente o óxido de carbono CO encontrase com o mineral de ferro óxido de ferro Fe2O3 e sendo ávido de oxigênio apoderase dele formando dióxido de carbono CO2 deixando livre o metal de ferro Fe O metal fundido Fe por seu pêso desce e encontrase com carvão C com o qual combinase em parte formando o carbeto de ferro Fe3C escorre para o cadinho de onde é sangrado a cada 4 6 horas pelo furo de gusa O dióxido de carbono CO2 ao subir se encontra com outra camada de carvão C e volta a transformarse em monóxido CO começando um novo ciclo Em determinada altura a temperatura não é suficiente para ocasionar esta reação mas o gás prossegue em movimento ascendente cedendo calor a zona que atravessa favorecendo o funcionamento do forno Finalmente o gás composto por monóxido dióxido nitrogênio e outros a temperaturas de 200300oC sai por orifícios tomadas de gáses e se dirige ao sistema de limpeza onde termina seu resfriamento é então recolhido para aproveitamento como combustível sendo queimado em recuperador de calor ou aproveitado como combustível em motores a gás A medida que as camadas vão abaixando carregase pelas tremonhas novas camadas de mineral carvão e fundente cada 815 minutos mantendo a marcha constante do forno Produtos usados e suas quantidades Matérias primas Calcárioaprox 370 Kg Coqueaprox 900 Kg Minério aprox 2000 Kg Ar aprox 3230 Kg Produtos Ferro gusa aprox 1000 Kg Escória aprox 700 Kg Gases aprox 4800 Kg Reações realizadas Os gáses préaquecidos entram no AF em temperatura de 500600oC fazendo contacto com a carga Um enriquecimento na mistura usandose oxigênio puro acarretará elevação de temperatura da entrada do forno semelhante a uma maior temperatura no gás de entrada A temperatura ocasiona a eliminação da água higroscópica 150oC b eliminação da água de hidratação 500oC 1 Reação com o O2 C O2 CO2 CO2 C 2CO instabilidade por C e temperatura 2 Reação com o CO Os espaços vazios são preenchidos pelo CO da atmosfera redutora do forno acontecendo a redução indireta 2 Fe2O3 8 CO 4 Fe 7 CO2 C 3 Reações com o CO C 455oC 3 Fe2O3 CO 2 Fe3O4 CO2 3 Fe2O3 C 2 Fe3O4 CO Fe3O4 CO 3 FeO CO2 570oC Fe3O4 C 3 FeO CO FeO CO Fe CO2 750oC FeO C Fe CO 4 Reações com o CO2 O Fe formado e demais óxidos são reoxidados pelo CO2 na parte alta da cuba Fe CO2 FeO CO 800oC 3 FeO CO2 Fe3O4 CO 2 Fe3O4 CO2 3 Fe2O3 CO 5 Reações do CaCO3 A 800900oC a formação de escória abaixa o ponto de fusão da mistura CaCO3 aquec CaO CO2 MgCO3 aquec MgO CO2 6 Reações do CO Em temperaturas acima de 950oC e a medida que se vai descendo no interior do forno as reações do CO se tornam mais intensas 3 Fe2O3 CO 2 Fe3O4 CO2 Fe3O4 CO 3 FeO CO2 FeO CO Fe CO2 operação final gerando o ferro metálico esponjoso 7 Reações com o C absorção pelos óxidos Neste ponto em temperaturas de 9501450oC a absorção do carbono aumenta a superfície de contacto e baixa o ponto de fusão tornando a massa totalmente esponjosa Fe2O3 3 C 2 Fe 3 CO Fe3O4 4 C 3 Fe 4 C FeO C Fe CO 8 Reações com o C absorção pelo ferro O ferro absorve o carbono formando o Fe3C carbeto de ferro ou cimentita que em regiões de altas temperaturas acima das ventoeiras ligase ao ferro formando o ferro gusa 9 Reações da escória a SiO2 C Si CO2 SiO2 CaO CaOSiO2 b 2 P2O5 5 C 4 P 5 CO2 CaO P2O5 CaOP2O5 CaOP2O5 SiO2 5 C CaOSiO2 2 P 5 CO 5 FeO 2 P 5 Fe P2O5 FeO P2O5 FeOP2O5 ganga fosfórica c FeS CaO FeO CaS escória d 2 MnO2 CO Mn2O3 CO2 3 Mn2O3 CO 2 Mn3O4 CO2 Mn3O4 CO 3 MnO CO2 MnO SiO2 MnOSiO2 ganga e CaO Al2O3 SiO2 CaOAl2O3SiO2 Equipamentos que auxiliam o auto forno Para insuflar e aquecer o ar no alto forno são empregados equipamentos soprantes permutadores de calor e sistemas de purificação dos gáses que saem do alto forno em razão de ser mistura combustível com 800 a 900 kcalm3 Uma têrça parte destes gáses é aproveitada na usina para aquecer o ar insuflado por meio do calor desenvolvido na sua queima O restante do gás é utilizado para acionar motores a gás ou aquecer caldeiras Os motores são usados para produzir energia elétrica que aciona os motores das sopradoras 1 Maquinas sopradoras Dois tipos fornecem pressão ao ar nas ventaneiras a Compressores a pistão com movimento alternativo movidos por maquinas a vapor ou por motores a gás b Compressores centrífugos ou turbocompressores movidos por turbinas a vapor ou motores elétricos A pressão de entrada do ar no forno é determinada em razão da altura do mesmo geralmente na ordem de 0917 Kgcm2 com vazão de 12502800 m3m e produção de 1500 tdia A capacidade de um forno produção varia diretamente com a intensidade do ar m3m A velocidade de funcionamento de um altoforno era antigamente controlada pela pressão nas ventoeiras mantida constante e atualmente isto se faz pelo contrôle de vazão de ar dos compressores de modo constante isto acarretando uso de equipamentos turbocompressores 2Trocadores de calor Tem a finalidade primordial de aquecer o ar a ser insuflado no alto forno podem ser de dois tipos a O ar aquecido circula em tubos de áçoliga especial ou de ferro fundido que são aquecidos exteriormente em uma câmara onde circulam gáses quentes resultantes da combustão do gás de altoforno Por condutibilidade térmica o calor é transmitido através da parede aquecendo o ar a ser insuflado b Em cilindros verticais regeneradores chamados cowpers O interior do cilindro é composto de duas câmaras Em uma delas acontece a combustão após contacto com as paredes aquecidas em ciclo anterior da mistura dos gáses e ar frio atmosférico que entra no recuperador por tiragem natural Outra de regeneração construída em refratários com resistência a altas temperaturas e dispostos de forma gradeada Os gáses provenientes da combustão são lançados a atmosfera via chaminé A segunda câmara se aquece ao reter o calor de combustão da primeira câmara Em períodos intermitentes quando a câmara esta aquecida após duas horas de combustão desviamse os gáses para queima em chaminé atmosférica e a seguir para outro cowper Fazse passar ar frio atmosférico em sentido inverso na câmara de combustão aquecida recuperandose assim o calor retido nas placas ou tijolos O ar agora aquecido aprox 1000oC é encaminhado ao altoforno pelos insufladores A continuidade da operação é garantida pelo uso de três ou quatro cowpers para cada altoforno em sistema de troca Enquanto dois estão sendo aquecidos um terceiro estará fornecendo calor ao ar a ser insuflado Cada 100oC de aquecimento do ar proporciona a economia de 40 Kg de coque por tonelada de ferro e o ar se não aquecido por seu imenso volume e velocidade irá resfriar o forno acarretando inclusive sua paralisação Atualmente podese substituir os recuperadores de calor de uso intermitente por trocadores de calor tubulares e de funcionamento ininterrupto em contra corrente devido o desenvolvimento de novas ligas metálicas com resistência a altas temperaturas Equipamento de purificação do gás de altoforno Tem a finalidade de remover os sólidos em suspensão nos gáses de altoforno de 525g de pó por m3 a teôres menores que 002g de sólidos por m3 O gás assim purificado pode ser usado nos motores a gás caldeiras e cowpers Equipamentos podem retirar cerca de 30t de pó por dia 5000m3 de ar por tonelada de ferro 600 toneladas dia Fundamentalmente constituise de várias unidades em série e atendem a três etapas de purificação a despoeiramento primário e a sêco com uso dos tradicionais coletores de partículas ciclones b lavagem dos gáses por meio de aspersão de água em tôrres scrubbers clavagem em coletores centrífugomecânico ou uso de precipitadores eletrostáticos Equipamentos de carga do alto forno A carga do altoforno pode acontecer de duas maneiras a Processo manual atualmente em abandono consiste na colocação das matérias primas em caçambas e estas levadas até a bôca do forno por meio de elevadores verticais ou guindaste Após abertura do forno a caçamba é descarregada com saída de grande quantidade de gases inflamáveis e tóxicos b Processo automático sem escapamento de gáses O carregamento é feito com as utlização de skips carrinhos conduzidos em planos inclinados em dupla linha de rodagem No tôpo do forno duas tremonhas colocadas uma sobre outra encontramse fechadas pelos respectivos cones de fechamento A tremonha superior estando fechada recebe a carga após o abaixamento do cone abre a tremonha e permite que a carga caia na tremonha inferior que encontrase fechada Fechase a tremonha superior e abrese a inferior permitindo assim a entrada da carga no altoforno A carga ocorre em sistema estanque não permitindo a saída dos gáses para a atmosfera