Title

ANÁLISE DE ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS PARA A OPERAÇÃO DE FORNOS DE CUBA UTILIZANDO HIDROGÊNIO E PELOTAS AUTORREDUTORAS CONTENDO BIOMASSA

ANALYZING TECHNOLOGICAL ALTERNATIVES FOR SHAFT FURNACE OPERATION BASED ON HYDROGEN AND SELF-REDUCING PELLETS CONTAINING BIOMASS

Authorship

CASTRO, JOSÉ ADILSON DE; MEDEIROS, GIULIO ANTUNES DE

CASTRO, JOSÉ ADILSON DE

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MEDEIROS, GIULIO ANTUNES DE

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DOI

10.5151/2594-357X-41392

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Abstract

O PRESENTE ESTUDO INVESTIGA AS VANTAGENS E VIABILIDADES DO FORNO DE CUBA EM PROCESSOS DE REDUçãO DIRETA, DESTACANDO SUA EFICIêNCIA ENERGéTICA E FLEXIBILIDADE NA ESCOLHA DE AGENTES REDUTORES. É ABORDADA A COMPLEXIDADE DOS PROCESSOS ENVOLVIDOS NO INTERIOR DO FORNO, DIVIDINDO-O EM QUATRO ZONAS DISTINTAS. EMBORA MODELOS MATEMáTICOS TENHAM SIDO DESENVOLVIDOS PARA PREVER A REDUçãO DIRETA, SUA APLICAçãO é LIMITADA DEVIDO à SIMPLIFICAçãO NECESSáRIA DIANTE DA COMPLEXIDADE DOS FENôMENOS. A INTEGRAçãO DO FORNO DE CUBA COM SUBSTITUIçãO PARCIAL DA CARGA POR PELOTAS AUTORREDUTORAS é EXPLORADA, DEMONSTRANDO UM POTENCIAL AUMENTO NA EFICIêNCIA DO PROCESSO E NA REDUçãO DAS EMISSõES DE CO2. ESTE ESTUDO PROPõE UM MODELO MATEMáTICO MULTIFáSICO E MULTICOMPONENTE PARA PREVER A DISTRIBUIçãO DE TEMPERATURA INTERNA DO FORNO, VALIDADO POR SIMULAçõES EM ESCALA INDUSTRIAL. OS RESULTADOS INDICAM UM AUMENTO SIGNIFICATIVO NA PRODUTIVIDADE E NA METALIZAçãO AO UTILIZAR PELOTAS AUTORREDUTORAS, BEM COMO UMA REDUçãO DAS EMISSõES DE CARBONO AO SUBSTITUIR PARCIALMENTE O GáS REDUTOR CONVENCIONAL POR HIDROGêNIO. OS ACHADOS DESTACAM A IMPORTâNCIA DA OTIMIZAçãO DOS PARâMETROS OPERACIONAIS PARA MAXIMIZAR OS BENEFíCIOS DO FORNO DE CUBA NA PRODUçãO DE FERRO POR REDUçãO DIRETA.

THE PRESENT STUDY INVESTIGATES THE ADVANTAGES AND FEASIBILITY OF THE SHAFT FURNACE IN DIRECT REDUCTION PROCESSES, HIGHLIGHTING ITS ENERGY EFFICIENCY AND FLEXIBILITY IN THE CHOICE OF REDUCING AGENTS. THE COMPLEXITY OF THE PROCESSES INVOLVED WITHIN THE FURNACE IS ADDRESSED, DIVIDING IT INTO FOUR DISTINCT ZONES. ALTHOUGH MATHEMATICAL MODELS HAVE BEEN DEVELOPED TO PREDICT DIRECT REDUCTION, THEIR APPLICATION IS LIMITED DUE TO THE SIMPLIFICATION REQUIRED IN THE FACE OF THE COMPLEXITY OF THE PHENOMENA. THE INTEGRATION OF THE SHAFT FURNACE WITH PARTIAL REPLACEMENT OF THE CHARGE BY SELF-REDUCING PELLETS IS EXPLORED, DEMONSTRATING A POTENTIAL INCREASE IN PROCESS EFFICIENCY AND REDUCTION IN CO2 EMISSIONS. THIS STUDY PROPOSES A MULTIPHASE AND MULTICOMPONENT MATHEMATICAL MODEL TO PREDICT THE INTERNAL TEMPERATURE DISTRIBUTION OF THE FURNACE, VALIDATED BY SIMULATIONS ON AN INDUSTRIAL SCALE. THE RESULTS INDICATE A SIGNIFICANT INCREASE IN PRODUCTIVITY AND METALIZATION WHEN USING SELF-REDUCING PELLETS, AS WELL AS A REDUCTION IN CARBON EMISSIONS WHEN PARTIALLY REPLACING CONVENTIONAL REDUCING GAS WITH HYDROGEN. THE FINDINGS HIGHLIGHT THE IMPORTANCE OF OPTIMIZING OPERATIONAL PARAMETERS TO MAXIMIZE THE BENEFITS OF THE SHAFT FURNACE IN DIRECT IRON PRODUCTION.

Keywords

Forno de cuba; Hidrogênio; Pelotas autorredutoras; Biomassa

Shaft furnace; Hydrogen; Self-reducing pellets; Biomass.