Title

METALIZAÇÃO E CARBURIZAÇÃO SIMULTANEAS EM FORNOS DE REDUÇÃO DIRETA: MODELO METCARB

SIMULTANEUS METALLIZATION AND CARBURIZATION IN RD SHAFT FURNACES: METCARB MODEL

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Falero, Edelink Efrain Tinoco; D'Abreu, José Carlos; Otaviano, Maurício Marcos

Falero, Edelink Efrain Tinoco

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D'Abreu, José Carlos

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Otaviano, Maurício Marcos

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DOI

10.5151/2594-357X-27895

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Abstract

Na atualidade a produção e a utilização de DRI estão aumentando nos países desenvolvidos, principalmente devido à redução do preço do gás natural e do sucesso da nova tecnologia de extração de gás de xisto. Os custos operacionais e os problemas ambientais são, efetivamente, os fatores tecnológicos importantes a serem considerados na otimização da produção de DRI. Portanto, o teor de carbono do DRI tornou-se essencial em virtude da capacidade de gerar energia química no banho de aço, complementando assim a eletricidade em FEA, e as contribuições exotérmicas da oxidação de Si e C nos conversores LD. Este trabalho faz parte de um programa completo de cooperação entre a companhia de mineração Samarco e o Grupo de Siderurgia da PUC-Rio, lidando com as equações cinéticas da metalização e carburização simultânea em fornos de redução direta. Para este efeito, o reator foi dividido em três zonas internas: Redução, Transição e zona de resfriamento. Além disso, também foram consideradas três regiões concêntricas: periférica, média e centro. Á partir desses resultados, para um tipo de pelotas RD específico, mistura de gases utilizados nas instalações industriais e similar flui-dinâmica do processo, as equações cinéticas de metalização e carburização foram estabelecidas para cada zona. Um programa computacional METCARB, totalmente baseado nessas equações cinéticas, foi então concebido. Finalmente, uma validação adicional procedeu-se tendo em conta duas corridas operacionais industriais.

Nowadays the production and use of DRI are increasing in developed countries, mainly due to the reduced price of natural gas and the success of the new shale gas extraction technology. Operating costs and environmental problems are actually important technological factors to be considered in optimization of DRI production. Therefore, the carbon content of DRI has to be controlled, due to the ability to generate chemical energy in steel bath, thus complementing the electricity in EAFs, and the exothermic reactions of Si and C oxidation in the LD. This work is part of whole cooperation program between Samarco Mining Company and the iron & Steelmaking Research Group of the Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro, dealing with the kinetic equations for the simultaneous metallization and carburization in DR shaft furnaces. For this purpose the reactor was divided in three regions: Reduction, Transition and Cooling zone. Additionally, were also considered three concentric regions: peripheral, media and center. Using the results for a specific RD pellet, gas mixtures used in the industrial plants and fluidynamic similarities of the process, the metallization and carburization kinetic equations were stablished for each zone. A computational program-METCARB, fully based in those kinetic equations, was then conceived. Finally, the further validation was proceeded taking into account two industrial operational results.

Keywords

Redução direta, Metalização, Carburização de DRI, Modelamento matemático, Cinética, Fornos de cuba RD, Pelotas

Direct reduction, Metallization, DRI carburization, Mathematical modeling, Kinetics, DR shaft furnace, Pellets