BR112012004763B1 - Processo de redução das emissões de dióxido de carbono em gases de boca de carga de um alto-forno, e dispositivo de carregamento - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE REDUÇÃO DAS EMISSÕES DE DIÓXIDO DE CARBONO DE UM ALTO-FORNO, E DISPOSITIVO ASSOCIADO. A presente invenção refere-se principalmente a um processo de redução das emissões de dióxido de carbono de um alto-forno no qual agentes redutores são carregados na boca de carga e combustíveis auxiliares sob a forma pulverizada são injetados nas tubeiras, e que é essencialmente caracterizado pelo fato de que os agentes redutores carregados na boca de carga compreendem carvão de madeira. De acordo com um aspecto preferencial da invenção, o consumo específico de carvão de madeira carregado na boca de carga (15) é inferior a 20% da quantidade total de agentes redutores carregados na boca de carga. Procedendo-se assim, uma redução significativa das emissões de dióxido de carbono é obtida, assim como uma valorização grande do carvão de madeira relativamente à redução das emissões de dióxido de carbono. A invenção também tem como objeto um dispositivo que permite executar esse processo.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um processo de redução das emissões de dióxido de carbono de um alto-forno. A invenção também tem como objeto um dispositivo que executa esse processo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O alto-forno é um reator químico de contra corrente gases-líquidos-sólidos cuja finalidade principal é a produção de ferro fundido, ulteriormente convertido em aço por redução de seu teor em carbono.

[003] O alto-forno é classicamente alimentado com matérias sólidas, principalmente com aglomerado, bolinhas, minério de ferro e com matéria carbonada, geralmente coque, ao nível de sua parte superior chamada boca de carga do alto-forno. Os líquidos constituídos de ferro fundido e de escória da fundição são evacuados ao nível do cadinho em sua parte inferior.

[004] A transformação da carga ferrífera (aglomerado, bolinhas e minério de ferro) em ferro fundido é efetuada de modo tradicional por redução dos óxidos de ferro por um gás redutor (que contém notadamente CO, H2 e N2), que se forma por combustão da matéria carbonada ao nível das tubeiras situadas na parte baixa do alto-forno onde ar pré-aquecido a uma temperatura compreendida entre 1000 e 1300°C chamado de vento quente é injetado.

[005] Esse processo de transformação da carga ferrífera é efetuado em duas zonas distintas do aparelho, separadas por uma zona intermediária chamada de zona de reserva térmica. Essa última é caracterizada por uma paralisação das trocas térmicas ligadas ao fato de que o gás e os sólidos estão praticamente na mesma temperatura chamada de temperatura da zona de reserva. Isso induz também uma paralisação das reações químicas entre gás e sólidos que define assim uma zona de reserva química.

[006] As duas zonas nas quais se efetua a transformação das matérias ferríferas são: - a parte baixa do aparelho, chamada de zona de elaboração, que fixa as necessidades energéticas do alto-forno e permite realizar a transformação dos óxidos de ferro do estado de wustita em ferro metal. Ela permite também efetuar o aquecimento e a fusão das matérias a partir da temperatura da zona de reserva até a temperatura final do ferro fundido; - a parte superior do aparelho, chamada de zona de preparação, que age como um recuperador do potencial térmico e químico do gás. Ela permite aquecer as matérias da temperatura ambiente na temperatura da zona de reserva, e realizar a redução dos óxidos de ferro carregados (hematita e magnetita) ao estado de wustita.

[007] Para aumentar a produtividade e reduzir os custos, injetam-se também combustíveis auxiliares nas tubeiras tais como carvão sob a forma pulverizada, óleo combustível, gás natural ou outros combustíveis, associados ao oxigênio que vem enriquecer o vento quente.

[008] Os gases recuperados ao nível da parte superior do alto-forno, chamados de gases de boca de carga, são principalmente constituídos por CO, CO2, H2 e N2 em proporções respectivas de cerca de 22%, 22%, 3% e 53%. Esses gases são geralmente utilizados em outras partes da usina como combustível. Os altos-fornos são, portanto grandes produtores de CO2.

[009] Ora, diante do aumento considerável da concentração do CO2 na atmosfera desde o início do século passado, é essencial reduzir as emissões do CO2 lá onde ele é produzido em grande quantidade, e, portanto notadamente nos altos-fornos.

[010] Nesse sentido, durante os últimos 50 anos, o consumo dos agentes redutores, e principalmente aquele das matérias carbonadas utilizadas, foi reduzido de metade de modo que agora, nos altos-fornos de configuração tradicional, o consumo de carbono atingiu um limite baixo ligado por um lado às leis da termodinâmica, e por outro lado à natureza e às propriedades intrínsecas das matérias carbonadas carregadas na boca de carga da instalação.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[011] Nesse contexto, a invenção propõe um processo que limita significativamente as emissões de dióxido de carbono sem implicar em uma modificação grande das instalações.

[012] Para isso, o processo de redução das emissões de dióxido de carbono de um alto-forno da invenção no qual agentes redutores são carregados na boca de carga e combustíveis auxiliares sob a forma pulverizada são injetados nas tubeiras, é essencialmente caracterizado pelo fato de que os agentes redutores carregados na boca de carga compreendem carvão de madeira.

[013] O processo da invenção pode também compreender as características opcionais seguintes tomadas isoladamente ou em combinação: - o consumo específico de carvão de madeira carregado na boca de carga é inferior a 20% da quantidade total de agentes redutores carregados na boca de carga. - o consumo específico de carvão de madeira carregado na boca de carga é inferior a 10% da quantidade total de agentes redutores carregados na boca de carga. - o resto dos agentes redutores carregados na boca de carga é carbono mineral. - o carvão de madeira carregado na boca de carga se apresenta sob a forma de pedaços de diâmetro superior a 20 milímetros. - o processo compreende uma etapa de triagem que separa os pedaços de carvão de madeira carregados na boca de carga da fração fina de carvão de madeira. - a fração fina de carvão de madeira é injetada nas tubeiras sob a forma pulverizada em complemento e/ou em substituição da quantidade correspondente de combustível auxiliar injetado normalmente sob a forma pulverizada nas tubeiras. - o combustível auxiliar é ou carvão mineral, ou carvão de madeira.

[014] A invenção tem também como objeto um dispositivo para executar o processo precedentemente definido. Esse dispositivo é essencialmente caracterizado pelo fato de que ele compreende meios de carregamento do carvão de madeira na boca de carga do alto-forno.

[015] O dispositivo da invenção pode também compreender as características opcionais seguintes tomadas isoladamente ou em combinação: - o dispositivo compreende um crivo para separar os pedaços de carvão de madeira destinados a ser carregados na boca de carga da fração fina de carvão de madeira. - o dispositivo compreende um triturador no qual a fração fina de carvão de madeira é misturada com matéria carbonada, o conjunto formado pelo carvão de madeira e pela matéria carbonada sendo destinado a ser injetado nas tubeiras. - a matéria carbonada correspondente é ou carvão mineral, ou carvão de madeira.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[016] A invenção será melhor compreendida com a leitura da descrição que se segue, dada em referência às figuras anexas nas quais: - a figura 1 é uma representação esquemática do dispositivo da invenção de acordo com uma primeira variante na qual a fração fina de carvão de madeira proveniente da operação de triagem não é reutilizada no processo, e - a figura 2 é uma representação esquemática do dispositivo da invenção de acordo com uma segunda variante na qual a fração fina de carvão de madeira proveniente da operação de triagem é reutilizada no processo.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[017] No âmbito da invenção, uma propriedade especial e essencial dessas matérias carbonadas utilizadas como agente redutor é seu limite de gaseificação ou temperatura de início de gaseificação. Trata- se da temperatura na qual o carbono que elas contêm começa a reagir com o CO2 do gás que atravessa a cuba do alto-forno para dar monóxido de carbono de acordo com a reação química:

[018] Esse limite de gaseificação fixa a temperatura da zona de reserva do alto-forno. Em um alto-forno clássico essa temperatura de início de gaseificação é de cerca de 950°C.

[019] O processo da invenção é baseado no fato de que se abaixando a temperatura da zona de reserva do alto-forno o consumo específico de agentes redutores diminui, e as emissões de dióxido de carbono também.

[020] A requerente estimou assim que a diminuição do consumo de coque seria aproximadamente de 20 quilogramas por tonelada de metal líquido para um abaixamento de 100°C da temperatura da zona de reserva.

[021] Se for conhecido diminuir a temperatura da zona de reserva substituindo-se para isso coque reativo ao coque classicamente utilizado, esse coque reativo necessita uma preparação longa e custosa. Por outro lado, no conhecimento da Requerente, nenhuma ligação foi atualmente colocada em evidência entre o abaixamento da temperatura da zona de reserva e a redução das emissões de CO2.

[022] Nesse contexto, a Requerente descobriu que a adição de uma pequena quantidade de carvão de madeira na boca de carga no lugar e ao invés da quantidade correspondente de coque clássica permitia abaixar e controlar essa temperatura da zona de reserva ao nível do limite de gaseificação do carvão de madeira.

[023] O carvão de madeira apresenta de fato um limite de reatividade da ordem de, ou inferior a, 850°C, portanto notadamente inferior àquele do coque metalúrgico utilizado classicamente no alto-forno.

[024] Além disso, o carvão de madeira é uma fonte de carbono mineral que é neutra em produção de dióxido de carbono, e mesmo negativa. Ora, na carga do alto-forno, ele pode substituir coque que tem um impacto sobre as emissões de dióxido de carbono da ordem de 3 quilogramas de CO2 emitidos por quilograma de coque utilizado.

[025] Esses efeitos combinados (diminuição da quantidade de coque utilizada ligada ao abaixamento da temperatura da zona de reserva e substituição de carbono mineral (coque) por carbono proveniente da biomassa (carvão de madeira)) acarretam uma diminuição grande da quantidade de coque consumida, e, portanto de carbono mineral injetado ou carregado no alto-forno e por efeito subsequente, uma redução significativa das emissões de dióxido de carbono.

[026] Em referência à figura 1, o alto-forno 1 é alimentado com coque, com aglomerado, com bolinhas, e com minério de ferro 2 pela linha 3 ao nível da boca de carga 4. O ferro fundido e a escória da fundição 5 são recuperados ao ponto 6 ao nível do cadinho pela linha 7. O vento quente e o oxigênio adicional 8 são introduzidos ao nível das tubeiras 9 pela linha 10. O carvão e/ou outros agentes redutores auxiliares são introduzidos ao nível das tubeiras 9 pela linha 10 também.

[027] Os gases de boca de carga são recuperados no ponto 11 da parte superior do alto-forno 1.

[028] De acordo com a invenção, carvão de madeira tal como recepcionado 12 passou em um crivo 13 do qual é separada a fração fina 14 dos pedaços de carvão de madeira 15 que são carregados na boca de carga 4 com o auxílio de um dispositivo de carregamento 16. Esses pedaços 15 apresentam um diâmetro superior à malha de corte do crivo, ou seja, pelo menos 20 milímetros.

[029] Os pedaços de carvão de madeira 15 podem ser carregados ou ao mesmo tempo em que o coque, ou ao mesmo tempo que o minério de ferro.

[030] A quantidade de carvão de madeira que é carregada na boca de carga é de 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido.

[031] Em referência à figura 2, o carregamento na boca de carga 4 dos pedaços de carvão de madeira 15 é feito nas mesmas condições que aquelas descritas em referência à figura 1.

[032] De acordo com essa variante, a fração fina de carvão 14 proveniente da triagem do carvão de madeira tal como recepcionado 12 é misturada com carvão 17 e pulverizada no triturador 18 para formar matéria carbonada 18a destinada a ser introduzida nas tubeiras 9 pela linha 10a. Esse carvão 17 pode ser ou carvão mineral, ou carvão de madeira, como será detalhado mais adiante. São também introduzidos nas tubeiras, os agentes redutores auxiliares diferentes do carvão esquematicamente representados injetados nas tubeiras 9 pela linha 10a.

[033] O consumo específico de matéria carbonada injetada nas tubeiras é de 200 quilogramas por tonelada de ferro fundido. Esse consumo compreende a fração fina de carvão de madeira 14 proveniente da operação de triagem, que é estimada igual ao consumo específico de carvão de madeira carregado na boca de carga, ou seja, 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido fazendo-se a hipótese de um rendimento de triagem de 50%.

[034] A título de exemplo, a Tabela I abaixo apresenta as principais características de funcionamento de um lato-forno que produz 6000 toneladas de ferro fundido por dia, e sua evolução quando se carrega, de acordo com a segunda variante, 20 quilogramas por tonelada de metal fundido de pedaços de carvão de madeira 15 na boca de carga e que injeta-se a fração fina de carvão de madeira 14 produzida por ocasião da operação de triagem sob a forma de carvão de madeira pulverizado nas tubeiras do alto-forno em substituição de uma quantidade idêntica do combustível auxiliar pulverizado injetado habitualmente nesse alto-forno.

[035] As características mencionadas na Tabela I são as seguintes; - a produtividade máxima que pode ser atingida com esse alto- forno nas condições consideradas, expressa em tonelada de ferro fundido líquido por dia (t/d), - a vazão de vento seco natural insuflado nas tubeiras, expressa em quilos-Normais metros cúbicos por hora (kNm3/h), - o consumo específico, ou ajuste, de coque carregado na boca de carga expresso em quilograma por tonelada de ferro fundido (kg/tf), - o consumo específico de carvão de madeira carregado na boca de carga expresso em quilograma por tonelada de ferro fundido (kg/tf), - o consumo específico de carvão mineral pulverizado nas tubeiras expresso em quilograma por tonelada de ferro fundido (kg/tf), - o consumo específico de carvão de madeira pulverizado nas tubeiras expresso em quilograma por tonelada de ferro fundido (kg/tf), - o consumo específico de fração fina de carvão de madeira pulverizado nas tubeiras expresso em quilograma por tonelada de ferro fundido (kg/tf), essa fração fina 14 sendo aquela recuperada depois de triagem do carvão de madeira 12 por ocasião da produção de carvão de madeira carregado na boca de carga 15, - a temperatura da chama expressa em graus Celsius (°C), - a temperatura da zona de reserva expressa em graus Celsius (°C), - a temperatura dos gases de bica de carga expressa em graus Celsius (°C), - a vazão dos gases de boca de carga expressa em Normais metros cúbicos por hora (Nm3/h).

[036] Todo alto-forno dispõe de uma faixa de funcionamento dada, na qual seu funcionamento permanece ótimo. Para efetuar os cálculos apresentados na Tabela I, foram, portanto fixados limites operacionais, ligados principalmente às temperaturas atingidas em certas zonas específicas do aparelho, e às vazões gasosas que entram e/ou que atravessam o alto-forno. Esses limites são os seguintes: - a temperatura dos gases de boca de carga é compreendida entre 120 e 200°C; - a temperatura de chama é compreendida entre 2000 e 2200°C; - a vazão dos gases de boca de carga deve ser inferior ou igual a 400 000 Nm3/h (limitação do processo); - a vazão de vento seco natural é inferior ou igual a 225 kNm3/h (limitação tecnológica).

[037] A referência 1 corresponde ao carregamento de coque na boca de carga e a uma injeção de carvão mineral pulverizado nas tubeiras.

[038] A referência 2 corresponde o carregamento de coque na boca de carga e a uma injeção de carvão de madeira pulverizado nas tubeiras. A temperatura de chama é controlada em seu limite máximo de 2 200°C.

[039] O Exemplo 1 corresponde ao carregamento de 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido de pedaços de carvão de madeira 15 na boca de carga, o resto da matéria carbonada carregada na boca de carga sendo constituído por coque. Fazendo-se a hipótese de um rendimento de triagem de 50%, 20 quilogramas por tonelada de metal fundido de fração fina de carvão de madeira 14 proveniente da triagem é pulverizada para ser injetada nas tubeiras em substituição de 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido de carvão mineral, o resto da matéria carbonada pulverizada injetada nas tubeiras sendo carvão mineral. Supõe-se nesse exemplo 1 que a temperatura de zona de reserva obtida devido às propriedades intrínsecas do carvão de madeira é de 850°C.

[040] O exemplo 2 é idêntico ao exemplo 1, exceto pelo fato de que a temperatura de zona de reserva obtida devido às propriedades intrínsecas do carvão de madeira é suposta igual a 750°C.

[041] O exemplo 3 corresponde ao carregamento de 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido de pedaços de carvão de madeira 15 na boca de carga, o resto da matéria carbonada carregada na boca de carga sendo constituído de coque. Fazendo-se a hipótese de um rendimento de triagem de 50%, 20 quilogramas por tonelada de metal fundido de fração fina de carvão de madeira 14 proveniente da triagem é pulverizada para ser injetada nas tubeiras em substituição de 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido de carvão de madeira de injeção obtido de maneira independente. O resto da matéria carbonada pulverizada nas tubeiras é constituído desse carvão de madeira obtido de modo independente. Supõe-se nesse exemplo 3 que a temperatura da zona de reserva obtida devido às propriedades intrínsecas do carvão de madeira é de 850°C.

[042] O exemplo 4 é idêntico ao exemplo 3, exceto pelo fato de que a temperatura de zona de reserva obtida devido às propriedades intrínsecas do carvão de madeira é suposta igual a 750°C. É constatado que se são conservadas as condições do funcionamento da referência 1, o funcionamento do alto-forno não é mais possível nas condições escolhidas para esse exemplo 4. Somente um alto-forno que tem um funcionamento menos eficaz pode funcionar nessas condições. Um funcionamento dito menos eficaz pode se entender por uma menor eficácia da redução das matérias na parte superior do alto-forno ou por perdas térmicas do aparelho que são mais elevadas. A referência 3 se situa nesse último caso, o exemplo 4 deve assim ser comparado com essa referência 3 e não com as referências 1 e 2. Em outros termos, os resultados obtidos no exemplo 4 correspondem à modificação do funcionamento da referência 3 quando se carrega 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido de pedaços de carvão de madeira 15 na boca de carga e que se injeta a fração fina de carvão de madeira correspondente 14 sob a forma pulverizada nas tubeiras do alto-forno.

[043] É constatado para o exemplo 1 que todas as condições operacionais definidas mais acima são respeitadas. Por outro lado, a produtividade máxima possível para o alto-forno nessas condições é significativamente superior à produção nominal desse alto-forno. O alto- forno é portanto capaz de funcionar com uma carregamento na boca de carga de 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido de pedaços de carvão de madeira 15 e uma injeção de 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido de fração fina de carvão de madeira 14 proveniente da triagem do carvão de madeira tal como recepcionado 13.

[044] Para o exemplo 2, supondo-se que a temperatura da zona de reserva é de 750°C, certas condições de reação não são mais respeitadas, em especial a temperatura de chama que é substancialmente inferior a 2 000°C. O valor obtido parece, no entanto suficientemente próximo desse limite para que o funcionamento do alto-forno permaneça possível. Por outro lado, a produtividade máxima permitida nessas condições é inferior à produção nominal da instalação. Esse tipo de funcionamento pode, no entanto ser interessante para os funcionamentos com baixa produtividade, por exemplo, em período de baixa conjuntura da indústria siderúrgica.

[045] Será notado, no entanto que esse resultado é dependente da hipótese feita sobre as capacidades das instalações. Em especial, uma ventoinha que tem uma potência superior à potência limite considerada aqui permitiria manter a produtividade do alto-forno a seu nível nominal de 6000 t/d.

[046] Para o exemplo 3, como para o exemplo 1, todas as condições de operação são respeitadas. Consequentemente, o alto-forno pode portanto funcionar para uma temperatura de 850°C da zona de reserva, quando 20 quilogramas por tonelada de metal fundido de pedaços de carvão de madeira 15 são carregados na boca de carga, 20 quilogramas por tonelada de metal fundido de fração fina de carvão de madeira 14 provenientes da operação de triagem é injetada sob a forma pulverizada nas tubeiras, o resto do carvão injetado nas tubeiras pode ser tanto carvão mineral quanto carvão de madeira.

[047] No exemplo 4, se todas as condições de operação são respeitadas, a produtividade é, como para o exemplo 2, inferior a 6000 toneladas/dia. Consequentemente, que o resto da matéria carbonada injetada nas tubeiras seja carvão mineral ou carvão de madeira, quando a temperatura da zona de reserva é de 750°C, o alto-forno não funciona de modo ótimo. Esse tipo de funcionamento pode, no entanto ser interessante para os funcionamentos com baixa produtividade, por exemplo em período de baixa conjuntura da indústria siderúrgica.

[048] Como para o exemplo 2, esse resultado depende da hipótese feita sobre as capacidades das instalações.

[049] A Tabela II retoma as referências 1, 2 e 3 assim como os exemplos 1 a 4, e coloca em evidência as vantagens do processo da invenção de acordo com essa segunda variante em termos de redução de consumo de coque, de diminuição das emissões de dióxido de carbono e de valorização do carvão de madeira relativamente à redução das emissões de dióxido de carbono.

[050] A referência 2 que corresponde a uma injeção de coque na boca de carga e uma injeção de fração fina de carvão de madeira pulverizado nas tubeiras é apresentada em comparação com a referência 1. Ela constitui de fato uma solução fácil de executar para reduzir as emissões de CO2. Essa solução tem no entanto a desvantagem de ser a menos eficaz de todas as soluções apresentadas em termos de quilograma de CO2 evitado por quilograma de carvão de madeira utilizado, como o mostra o conjunto dos resultados dessa Tabela II.

[051] Para a configuração do exemplo 1, uma redução de 12% das emissões de dióxido de carbono é obtida, para o exemplo 2, uma redução de 16% e para os exemplos 3 e 4, respectivamente reduções de 46 e 48% das emissões de dióxido de carbono.

[052] O consumo de coque foi reduzido de 13,5% para o exemplo 1, de 19,4% para o exemplo 2, de 11,4% para o exemplo 3 e de 16,5% para o exemplo 4 enquanto que ela é superior de 2,7% para a referência 2.

[053] A relação entre a redução das emissões de dióxido de carbono expressa em quilogramas por tonelada de ferro fundido e o consumo de carvão de madeira expresso nas mesmas unidades ilustra a valorização do carvão de madeira para a redução das emissões de dióxido de carbono.

[054] É constatado que a adição de uma pequena quantidade de madeira na boca de carga e nas tubeiras, o resto das matérias carbonadas carregadas na boca de carga e injetadas nas tubeiras sendo carbono mineral, permite valorizar o carvão de madeira de modo mais importante do que quando o resto da matéria carbonada injetada nas tubeiras é carvão de madeira. De fato, essa relação é respectivamente de 4,65 e de 6,00 para os exemplos 1 e 2, enquanto que ele só é de 3,18 e 3,43 para os exemplos 3 e 4, e de 2,83 para a referência 2. Na prática, isso significa que para uma mesma disponibilidade em carvão de madeira, as configurações dos exemplos 1 ou 2 permitem maximizar a redução global das emissões de CO2.

[055] De acordo com a primeira variante, a tabela III apresenta as principais características de funcionamento de um alto-forno que produz 6000 toneladas de ferro fundido por dia, e sua evolução quando são carregados 20 quilogramas por tonelada de metal fundido de pedaços de carvão de madeira 15 na boca de carga sem injetar nas tubeiras a fração fina de carvão de madeira 14 proveniente da operação de triagem.

[056] As características mencionadas na Tabela III assim como os limites operacionais fixados são os mesmos que aqueles associados à Tabela I.

[057] São encontradas de novo também na Tabela III as referências 1, 2 e 3 já explicitadas para as Tabelas I e II.

[058] O Exemplo 5 corresponde ao carregamento de 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido de pedaços de carvão de madeira 15 na boca de carga, o resto da matéria carbonada carregada na boca de carga sendo constituído por coque. Nas tubeiras, 200 quilogramas por tonelada de ferro fundido de carvão mineral são injetados sob a forma pulverizada. A fração fina de carvão d emadeira 14 proveniente da operação de triagem não é injetada nas tubeiras.

[059] O Exemplo 6 é idêntico ao exemplo 5, exceto pelo fato de que a temperatura de zona de reserva obtida devido às propriedades intrínsecas do carvão de madeira é suposta igual a 750°C.

[060] O Exemplo 7 corresponde ao carregamento de 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido de pedaços de carvão de madeira 15 na boca de carga, o resto da matéria carbonada carregada na boca de carga sendo constituído por coque. Nas tubeiras, 200 quilogramas por tonelada de ferro fundido de carvão de madeira obtido separadamente são injetados sob a forma pulverizada. A fração fina de carvão de madeira 14 proveniente da operação de triagem não é injetada nas tubeiras.

[061] O exemplo 8 é idêntico ao exemplo 7, exceto pelo fato de que a temperatura da zona de reserva obtida devido às propriedades intrínsecas do carvão de madeira é suposta igual a 750°C. É constatado que se são conservadas as condições do funcionamento de referência 1, o funcionamento do alto-forno não é mais possível nas condições escolhidas para esse exemplo 8. Somente um alto-forno que tem um funcionamento menos eficaz pode funcionar nessas condições. Um funcionamento dito menos eficaz pode se entender por uma menor eficácia da redução das matérias na parte superior do alto-forno ou por perdas térmicas do aparelho que são mais elevadas. A referência 3 se situa nesse último caso, o exemplo 8 deve assim ser comparado com essa referência 3 e não com as referências 1 e 2. Em outros termos, os resultados obtidos no exemplo 8 correspondem à modificação do funcionamento da referência 3 quando são carregados 20 quilogramas por tonelada de ferro fundido de pedaços de carvão de madeira 15 na boca de carga sem injetar a fração fina de carvão de madeira correspondente 14 sob a forma pulverizada nas tubeiras do alto-forno.

[062] É constatado para o exemplo 5 que todas as condições de operação definidas mais acima são respeitadas. Por outro lado, a produtividade máxima possível para o alto-forno nessas condições é significativamente superior à produção nominal desse alto-forno. O alto- forno aparece, portanto capaz de funcionar com um carregamento na boca de carga de 20 quilogramas por tonelada de metal fundido de pedaços de carvão de madeira sem que a fração fina de carvão de madeira 1 4 proveniente da triagem seja injetada nas tubeiras.

[063] Para o exemplo 6, supondo-se que a temperatura da zona de reserva é de 750°C, certas condições de reação não são mais respeitadas, em especial a temperatura de chama que é ligeiramente inferior a 2 000°C. O valor obtido parece, no entanto suficientemente próximo desse limite para que o funcionamento do alto-forno permaneça possível. Por outro lado, a produtividade máxima permitida nessas condições é inferior à produção nominal da instalação. Esse tipo de funcionamento pode, no entanto ser interessante para aos funcionamentos com baixa produtividade, por exemplo, em período de baixa conjuntura da indústria siderúrgica. Como para os exemplos 2 e 4, esse resultado depende da hipótese feita sobre as capacidades das instalações.

[064] Para o exemplo 7, como para o exemplo 5, todas as condições de operação são respeitadas. Consequentemente, o alto-forno pode, portanto funcionar para uma temperatura de 850°C da zona de reserva, quando 20 quilogramas por tonelada de metal fundido de pedaços de carvão de madeira 15 são carregados na boca de forno sem que a fração fina de carvão de madeira 14 proveniente da triagem seja injetada nas tubeiras em mistura com o carvão de madeira pulverizado injetado habitualmente.

[065] No exemplo 8, se todas as condições de operação são respeitadas, a produtividade é, como para o exemplo 6, inferior a 6 000 toneladas/dia. Consequentemente, que o resto da matéria carbonada injetada nas tubeiras seja carvão mineral ou carvão de madeira, quando a temperatura da zona de reserva é de 750°C, o alto-forno não funciona de modo ótimo. Esse tipo de funcionamento pode, no entanto ser interessante para os funcionamentos com baixa produtividade, por exemplo, em período de baixa conjuntura da indústria siderúrgica.

[066] Como para o exemplo 6, esse resultado depende da hipótese feita sobre as capacidades das instalações.

[067] A Tabela IV retoma as referências 1, 2 e 3 assim como os exemplos 5 a 8, e coloca em evidência as vantagens do processo da invenção de acordo com a primeira variante em termos de redução de consumo de coque, de diminuição das emissões de dióxido de carbono e de valorização do carvão de madeira relativamente à redução das emissões de dióxido de carbono.

[068] Para a configuração do exemplo 5, uma redução de 8% das emissões de dióxido de carbono é obtida, e para o exemplo 6, uma redução de 12% das emissões de dióxido de carbono.

[069] Para a configuração do exemplo 7, uma redução de 46% das emissões de dióxido de carbono é obtida, e para o exemplo 8, uma redução de 48% das emissões de dióxido de carbono em relação à referência 3.

[070] O consumo de coque foi reduzido de 13,5% para o exemplo 5 e de 19,1% para o exemplo 6.

[071] Ele foi reduzido de 10,9% pára o exemplo 7, e 15,9% para o exemplo 8 em relação à referência 3.

[072] A relação entre a redução das emissões de dióxido de carbono expressa em quilogramas por toneladas de ferro fundido e o consumo de carvão de madeira expresso nas mesmas unidades ilustra a valorização do carvão de madeira para a redução das emissões de dióxido de carbono.

[073] O impacto da ausência de injeção da fração proveniente da triagem do carvão de madeira tal como recepcionado nas tubeiras do alto-forno pode ser avaliado comparando-se o exemplo 1 com o exemplo 5, o exemplo 2 com o exemplo 6, o exemplo 3 com o exemplo 7 e o exemplo 4 com o exemplo 8. É constatado assim que a valorização do carvão de madeira relacionado com a quantidade total de carvão de madeira tal como recepcionado é significativamente menor no exemplo 5 (3,11) em relação ao exemplo 1 (4,65), e também no exemplo 6 (4,37) em relação ao exemplo 2 (6,00). Isso é também o caso a um nível menor quando se compara o exemplo 7 (2,87) com o exemplo 3 (3,18) e o exemplo 8 (3,09) com o exemplo 4 (3,43).

[074] Em contrapartida, se só for levado em consideração o carvão de madeira utilizado no alto-forno, quer dizer o caso em que a fração fina proveniente da triagem pode ser valorizada por outro lado, a valorização do carvão de madeira relacionado com a quantidade de carvão de madeira efetivamente introduzida no alto-forno é significativamente superior no exemplo 5 (6,210 em relação ao exemplo 1 (4,65), e também no exemplo 6 (8,74) em relação ao exemplo 2 (6,00).

[075] Isso, entretanto não é verdade no caso em que carvão de madeira pulverizado é injetado nas tubeiras, devido ao fato de que as quantidades totais de carvão de madeira efetivamente utilizadas no alto-forno nos exemplos 7 e 8 são idênticas àquelas utilizadas nos exemplos 3 e 4, respectivamente. A valorização do carvão de madeira relacionado com a quantidade de carvão de madeira efetivamente introduzida no alto-forno no exemplo 7 (3,16) é assim quase idêntica àquela obtida no exemplo 3 (3,18), do mesmo modo que aquela do exemplo 8 (3,41) é muito próxima daquela do exemplo 4 (3,43). As diferenças observadas são ligadas à diferença de composição química entre o carvão de madeira tal como recepcionado 13 e o carvão de madeira normalmente injetado nas tubeiras.

[076] Todos os resultados apresentados precedentemente colocam em evidência que o carregamento na boca de carga de uma pequena quantidade de carvão de madeira, que a fração fina seja injetada ou não nas tubeiras, permite diminuir consideravelmente o consumo de coque graças ao duplo efeito da substituição do coque pelo carvão de madeira e do abaixamento da temperatura da zona de reserva. Por outro lado, as emissões de dióxido de carbono são significativamente reduzidas, com em geral uma valorização grande do carvão de madeira, em especial no caso em que a matéria carbonada injetada nas tubeiras é carvão mineral.

Claims (6)

1. PROCESSO DE REDUÇÃO DAS EMISSÕES DE DIÓXIDO DE CARBONO em gases de boca de carga de um alto-forno, no qual agentes redutores são carregados na boca de carga (4) de um alto-forno (1) e combustíveis auxiliares sob a forma pulverizada são injetados nas tubeiras (9), caracterizado pelos agentes redutores carregados na boca de carga (4) compreenderem carvão de madeira (15) e pelo consumo específico de carvão de madeira (15) carregado na boca de carga (4) ser inferior a 10% da quantidade total de agentes redutores carregados na boca de carga, o processo compreendendo uma etapa de triagem que separa os pedaços de carvão de madeira (15) carregados na boca de carga (4) da fração fina de carvão de madeira (14) e a fração fina de carvão de madeira (14) injetada nas tubeiras (9) sob a forma pulverizada em complemento e/ou em substituição da quantidade correspondente de combustível auxiliar injetado normalmente sob a forma pulverizada nas tubeiras (9).

2. PROCESSO, de acordo com qualquer a reivindicação 1, caracterizado pelo resto dos agentes redutores carregados na boca de carga (4) ser carbono mineral sob a forma de coque.

3. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo carvão de madeira (15) carregado na boca de carga (4) se apresentar sob a forma de pedaços de diâmetro superior a 20 milímetros.

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo combustível auxiliar ser ou carvão mineral, ou carvão de madeira.

5. DISPOSITIVO DE CARREGAMENTO (16), para realizar o processo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo consumo específico de carvão de madeira (15) carregado na boca de carga (4) ser inferior a 10% da quantidade total de agentes redutores carregados na boca de carga, o dispositivo compreendendo um crivo (13) para separar os pedaços de carvão de madeira (15) destinados a ser carregados na boca de carga (4) da fração fina de carvão de madeira (14) e um triturador (18) no qual a fração fina de carvão de madeira (14) é misturada com matéria carbonada (17), o conjunto formado pela fração fina de carvão de madeira (14) e pela matéria carbonada (17) sendo destinado a ser injetado nas tubeiras (9).

6. DISPOSITIVO (16), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela matéria carbonada (17) ser ou carvão mineral, ou carvão de madeira.

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