Title

TECNOLOGIA DE INJECÃO DE GÁS NATURAL E CARVÃO PARA ALTOS-FORNOS BRASILEIROS

NATURAL GAS AND COAL INJECTION TECHNOLOGY FOR BRAZILIAN BLAST FURNACES

Authorship

Babich, A.; Machado, J.; Osório, E.; Gudenau, H.-W.; Senk, A. Vilela D.

Babich, A.

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Machado, J.

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Osório, E.

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Gudenau, H.-W.

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Senk, A. Vilela D.

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DOI

10.5151/2594-357x-0080

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Abstract

Recentes descobertas de grandes depósitos de gás natural (GN), na região sudeste do Brasil, na bacia de campos, causam discussão sobre a possibilidade de utilização deste combustível como agente redutor no alto-forno (AF) visando a redução do consumo de coque e melhorias na área ambiental. Neste trabalho, primeiramente serão revisados os fundamentos da combustão do gás natural assim como vantagens e limitações da sua utilização no AF. Serão discutidos aspectos referentes a teoria e uso industrial do GN no AF. Um modelo matemático será utilizado para discutir o efeito do GN na temperatura de chama, volume de gases, taxa de redução direta, produtividade e outros parâmetros de operação do AF. A injeção simultânea de GN e carvão pulverizado (CP) nas ventaneiras dos AF se coloca como uma tecnologia flexível e atraente para os AFs brasileiros. Fatores que afetam a taxa de substituição do coque/(GN+CP) serão abordados baseados em modelamento e resultados industriais. Aspectos relacionados ao designs das ventaneiras para co-injeção serão discutidos bem como a mistura e co-combustão destes combustíveis nas ventaneiras e zona de combustão. Efeito dos produtos da combustão do GN no comportamento de conversão do CP nas ventaneiras e zona de combustão será examinado através de ensaios em termobalança. Finalmente a injeção de gases redutores gerados pela conversão ou oxidação parcial do GN será discutida.

Recently discovered major natural gas (NG) deposits in the Santos Basin, Southeaster of Brazil caused discussion about its possible use as a reducing agent in the blast furnace (BF) ironmaking to reduce coke consumption and to improve environmental protection. In this paper, firstly the fundamentals of natural gas combustion are briefly reviewed and then advantageous and constraints of its use in the BF are discussed. Theoretical analysis and industrial experience of NG use in the BF are presented. Its effect on flame temperature, gas volume, direct reduction rate, productivity and further BF operation parameters is discussed based on the calculations using a mathematical model. Furthermore simultaneous injection of NG and pulverised coal (PC) via the tuyere may provide a flexible and cost-effective technology for Brazilian BFs. Factors affecting the coke/(NG+PC) replacement ratio are discussed based on the modelling and industrial results. Tuyere apparatus designs for co- injection of NG and PC are discussed as well considering mixing and combustion of injectants in the tuyere and raceway. Effect of products of NG combustion on PC conversion behaviour in the tuyere and raceway has been examined using an STA (Simultaneous Thermal Analysis) experimental set. Finally injection of the reducing gas generated by steam conversion or by partial oxidation of NG with oxygen is discussed.

Keywords

Gás natural; Alto-forno; Co-injecão; Ventaneiras; Gás redutor.

Natural gas; Blast furnace; Co-injection; Tuyere; Reducing gas.