Pré-aquecimento da sucata

 

Setor: Metalurgia e Fundição

Processo: Produção de aço em forno de arco elétrico a partir de sucata

Subprocesso: Não aplicável

 

Descrição

O pré-aquecimento de sucata é uma medida que reduz o consumo de energia dos fornos de arco elétrico (FAE) através da utilização do calor residual do forno para pré-aquecer a sucata alimentada ao forno. A sucata pode ser pré-aquecida até aproximadamente 800 – 1000 °C com sistemas descontínuos e até 300 – 400 °C com sistemas contínuos antes do processo de fusão no FAE, o que reduz o consumo total de energia em até 100 kWh/t LS. 1

O pré-aquecimento da sucata pode realizado nos cestos de sucata, mas processos mais eficientes têm vindo a ser desenvolvidos.

É o caso do sistema de forno de eixo adicionado ao FAE, como o Simetal EAF Quantum da Siemens VAI. O Simetal EAF Quantum tem um sistema de pré-aquecimento integrado em que o forno de eixo tem na base um sistema de retenção movível, não sendo necessário remover a tampa do FAE, nem recolher os elétrodos para fazer o carregamento da sucata, garantindo uma maior produtividade. A vantagem é que a sucata é aquecida diretamente pelos gases de exaustão do processo de fusão, reduzindo significativamente as necessidades energéticas. Para um forno de referência com um peso de descarga de 100 toneladas, atinge-se uma produção de 1,35 Mt de aço bruto por ano com um tempo de tap-to-tap de 33 minutos. O consumo de energia elétrica, com apenas 280 kWh/t, é consideravelmente inferior ao de um FAE convencional, assim como o consumo de elétrodos (<0,9 kg/t) e de oxigénio. 2

Desde o ano 2000, que o pré-aquecimento e alimentação contínua de sucata se tornou muito popular, por exemplo com o sistema de alimentação contínuo CONSTEEL. A sucata é carregada por gruas numa correia transportadora especialmente concebida para permitir o carregamento contínuo durante o processo de fusão (forno de túnel). Na secção de pré-aquecimento a sucata recebe calor dos gases que saem do forno. O fluxo de sucata é ajustado à quantidade de energia alimentada ao FAE. A sucata é derretida por imersão numa piscina de fundido, aquecida pela energia proveniente dos arcos elétricos e das reações químicas que ocorrem na fusão, em contraste com o FAE convencional de alimentação superior, onde a fusão é fornecida por transferência direta de calor do arco elétrico. O banho é sempre coberto por uma escória espumosa que é constantemente promovida por injeção controlada de carbono e oxigénio. A poupança global de custos estimada para uma siderúrgica com uma capacidade de 1 Mt/ano é de 9,5 €/t de aço líquido. 1

Do ponto de vista energético, o pré-aquecimento da sucata parece muito atrativo. No entanto, do ponto de vista ambiental, este processo pode levar a uma considerável emissão de poluentes orgânicos, devido à possível presença de substâncias orgânicas na sucata. Devido às baixas temperaturas específicas dentro da coluna de pré-aquecimento, os contaminantes da sucata, como tintas, plásticos, lubrificantes ou outros compostos orgânicos, apenas evaporam, não sendo destruídos termicamente, gerando emissões de compostos organo-halogenados aromáticos, tais como dibenzo-p-dioxinas e -furanos policlorados (PCDD/F), clorobenzenos, bifenilos policlorados (PCB), bem como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAH) e outros produtos de combustão parcial. Estas emissões podem ser minimizadas pela pós-combustão dos gases fora de combustão numa câmara de pós-combustão especialmente concebida, equipada com queimadores de combustíveis fósseis. Devido às altas temperaturas necessárias destruir os poluentes orgânicos persistentes que estão presentes nos efluentes gasosos, a quantidade de energia necessária é considerável e da ordem de grandeza da poupança de energia fornecida pelo pré-aquecimento da sucata. 1

 

Potencial de Poupança de Energia

O pré-aquecimento da sucata até 700 °C reduz o consumo de energia do forno de arco elétrico até 100 kWh/t de aço fundido. 3

 

Custos de Investimento

Os custos de retrofit de um forno existente de arco elétrico de 100 t, para a instalação de um forno de eixo de pré-aquecimento de sucata, foram estimados em 9,4 $/t de capacidade. A poupança nos custos de produção pode ascender a 6,7 $/tonelada de aço. O tempo de retorno é estimado em um ano.

Já para um forno de túnel, os custos de investimento foram estimados em 3,2 M$ para uma capacidade de produção de 500 kt/ano, ou 7,8 $/t de aço. As poupanças anuais de custos de produção foram estimadas em 3,0 $/t de aço. O tempo de retorno é estimado em 1,3 anos. 3