Title

VALOR EM USO DA CAL DOLOMÍTICA NO CONVERTEDOR LD: ANÁLISE EM MODELO ESTÁTICO DE CONTROLE

VALUE IN USE OF DOLIME IN THE BOF STEELMAKING PROCESS: A STATIC CONTROL MODEL ANALYSIS

Authorship

BARTOLOMEO, PEDRO UCHOA COSTA; CARNEIRO, CARLOS ANDRÉ RUY; PERRIN, ERIC; DOUCE, CAMILLE

BARTOLOMEO, PEDRO UCHOA COSTA

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CARNEIRO, CARLOS ANDRÉ RUY

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PERRIN, ERIC

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DOUCE, CAMILLE

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DOI

10.5151/2594-5300-42421

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Abstract

O valor em uso (VIU) da cal dolomítica na fabricação de aço, em convertedores LD (BOF), foi avaliado a partir de um modelo estático de controle de carga. Diversas composições químicas foram testadas, variando-se de forma incremental níveis de impurezas como SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ e CO₂ residual, refletindo uma ampla faixa de produtos encontrados no mercado brasileiro, que são o resultado de distintas práticas operacionais e reflexo da heterogeneidade das reservas de dolomito no país (matéria prima na produção de cal dolomítica). O modelo foi utilizado para calcular os consumos demandados de ferro gusa, sucata, cal calcítica, cal dolomítica e oxigênio, do processo, para cada composição testada. Os preços das matérias-primas e custo de produção do ferro gusa foram definidos com base em valores praticados no mercado brasileiro, no começo de 2025. O impacto da pegada de carbono na produção de aço também foi calculado. Os resultados destacam trade-offs econômicos e ambientais significativos, na medida que maiores níveis de impureza na cal dolomítica aumentam o consumo de matérias primas no BOF, como o ferro gusa e as cales. Para cada incremento de 1,0% no teor de SiO₂ da cal dolomítica foi encontrado um impacto de 14,1% no seu VIU, com aumento das emissões de CO₂ em 5,9 kg/t de aço, demonstrando um forte impacto desse contaminante, tanto nos custos de produção, como na pegada de carbono. No caso do teor de CO₂ residual, um incremento de 1,0% na composição diminuiu o VIU da cal dolomítica em 2,1% e aumentou emissões em 1,9 kg/t. O impacto da Al₂O₃ e do Fe₂O₃ foram de baixa relevância, uma vez que as faixas de teores encontrados são baixas e as correções de carga, de menor impacto. Uma cal dolomítica alternativa também foi testada no modelo, apresentando um teor de MgO mais alto (35,0% x 31,4% na referência), porém com teores mais altos de SiO2 (+2,5%) e CO₂ residual (+4,0%) e, consequentemente, com queda no seu teor de CaO (-9,7%). Mesmo com a redução no consumo da cal dolomítica no BOF, gerada pelo aumento do teor de MgO, o VIU desse material foi de apenas 64,6%, comparado à referência, com aumento das emissões de CO₂ em 16,5 kg/t de aço, decorrentes do aumento do consumo de cal calcítica e da carga metálica, notoriamente com aumento da relação gusa/sucata. Os resultados apresentados oferecem um arcabouço para otimizar a seleção e uso da cal dolomítica, visando melhorias operacionais, ganhos econômicos e boas práticas de sustentabilidade e meio ambiente.

IMPURITIES IN DOLIME INFLUENCE THE BASIC OXYGEN FURNACE (BOF) STEELMAKING PROCESS BY ALTERING ITS THERMAL AND MASS BALANCES. THIS STUDY EMPLOYED A STATIC CHARGE CONTROL MODEL TO ASSESS THE VALUE IN USE (VIU) OF DOLIME QUALITY ON PROCESS REQUIREMENTS. VARIOUS COMPOSITIONS WITH INCREMENTALLY HIGHER IMPURITY LEVELS SUCH AS SIO₂, AL₂O₃, FE₂O₃ AND RESIDUAL CO₂ WERE TESTED, REFLECTIVE OF BEST-TO-WORST PRACTICES IN THE BRAZILIAN MARKET, WHICH IS A RESULT OF DIFFERENT PRODUCTION PROCESSES AND THE HETEROGENEITY OF DOLOMITE DEPOSITS (RAW MATERIAL FOR DOLIME PRODUCTION). THE MODEL CALCULATED ADJUSTMENTS IN HOT METAL, SCRAP MIX, QUICKLIME, DOLIME, AND OXYGEN INPUTS FOR EACH SCENARIO. THE PRICES OF RAW MATERIALS AND THE PRODUCTION COST OF HOT METAL WERE DEFINED BASED ON VALUES FOUND IN THE BRAZILIAN MARKET AT THE BEGINNING OF 2025. CARBON FOOTPRINT OF STEELMAKING WAS ALSO CALCULATED. THE RESULTS HIGHLIGHT SIGNIFICANT ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL TRADE-OFFS, AS HIGHER LEVELS OF IMPURITIES INCREASES BOF INPUT DEMANDS, SUCH AS HOT METAL AND FLUXES. INCREASING SIO₂ CONTENT IN DOLIME BY 1.0% IMPACTED THE VIU OF THE MATERIAL BY 14.1% AND INCREASED CO₂ EMISSIONS BY 5.9 KG PER TON OF STEEL, SHOWCASING THE STRONG IMPACT OF DOLIME SIO₂ CONTENT, BOTH ON STEEL PRODUCTION COSTS AND CARBON FOOTPRINT. IN THE CASE OF RESIDUAL CO₂ CONTENT, RISING ITS CONTENT BY 1.0% IMPACTED VIU BY 2.1% AND INCREASED EMISSIONS BY 1.9 KG PER TON. THE EFFECT OF AL₂O₃ AND FE₂O₃ WAS LESS RELEVANT, SINCE CONTENT RANGES ARE LOW AND CHARGE CORRECTIONS ARE LESS IMPACTFUL TO THE PROCESS. AN ALTERNATIVE DOLIME COMPOSITION CASE WAS ALSO TESTED FOR A MATERIAL WITH HIGHER MGO CONTENT (35.0% VS. 31.4% IN THE REFERENCE), BUT WITH HIGHER CONTENTS OF SIO2 (+2.5%) AND RESIDUAL CO₂ (+4.0%) AND, CONSEQUENTLY, LOWER CAO CONTENT (-9.7%). EVEN WITH THE REDUCTION IN DOLIME CONSUMPTION GENERATED BY A HIGHER MGO, VIU WAS ONLY 64.6%, COMPARED TO THE REFERENCE. CO₂ EMISSIONS RISE BY 16.5 KG PER TON OF STEEL. INCREASED DEMAND FOR QUICKLIME AND METALLIC CHARGE, AS WELL AS AN INCREASE IN THE HOT METAL TO SCRAP RATIO PENALIZED THE USE OF THIS ALTERNATIVE DOLIME. THESE FINDINGS OFFER STEEL PRODUCERS A FRAMEWORK TO OPTIMIZE DOLIME SELECTION AND USE FOR AIMING AT OPERATIONAL IMPROVEMENTS, ECONOMIC GAINS AND SUSTAINABLE PRACTICES.

Keywords

Cal Dolomítica, Valor em uso, Convertedor, CO₂, Emissões

Dolime, Quicklime, Value in Use, BOF, Basic Oxygen Furnade, CO₂, Carbon footprint