Estudo da utilização de biomassa em substituição parcial ao carvão mineral utilizado no processo de fabricação do ferro gusa em alto-forno

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Esse trabalho tem como objetivo estudar a utilização da biomassa em substituição parcial ao carvão mineral utilizado no processo de fabricação do ferro gusa em altoforno, assim como, a sua influência na qualidade do coque. Este estudo foi desenvolvido em quatro fases, sendo elas: 1ª FASE: Foram utilizados nas misturas de carvão a sacarose, o melaço e o carvão da casca de coco em percentuais de 5% a 75%. Os resultados de qualidade das misturas e dos coques produzidos mostram uma forte influência da biomassa na qualidade para os níveis de participação acima de 5,0%, inviabilizando a mistura desses materiais no carvão. 2ª FASE: Foram utilizados nas misturas de carvão um segundo grupo de biomassas cujo percentual variou de 2% a 6%. Os resultados de qualidade tanto das misturas quanto dos coques produzidos em escala piloto foram aceitáveis para as misturas com 2,0% de participação das biomassas. 3ª FASE: Nessa fase foi feita a avaliação do efeito da biomassa na eficiência de queima das misturas de carvão injetadas em altos fornos. Os resultados indicaram um aumento da eficiência de queima para as misturas com maior teor de matéria volátil. 4ª FASE: Foi realizada a avaliação da qualidade do coque produzido em escala industrial utilizando as misturas dos carvões minerais com as biomassas com participação de 3%, 4% e 6%. Os resultados da qualidade dos coques obtidos em escala industrial ficaram compatíveis com os resultados obtidos em escala piloto. A substituição em até 2,0% do carvão mineral por carvão de biomassa não afetou a qualidade do coque produzido nas baterias, onde em uma empresa siderúrgica do porte da CSN é possível obter uma redução de consumo de carvão mineral em torno de 50 mil toneladas por ano e conseqüentemente uma redução no custo de fabricação do ferro-gusa no alto-forno.

This work has as purpose to study the use of biomass as partial replacement to the coal used during the process of pig iron manufactured in blast furnace. This study was developed in four phases, namely: 1st PHASE: The coal blend with sucrose, molasses, and the charcoal from coconut peel were elaborated and testes in percents from 5 to 75%. The results of quality from mixes and the coke produced show a strong influence of the biomass on the quality for the participation level higher than 5.0%, making infeasible the mix of these materials into the coal in elevate percents. 2nd PHASE: In the coal blend, a second group of biomasses was used, which percent varied from 2% to 6%; The quality results both of mixes and coke produced in pilot scale were acceptable for the addition level of 2,0%. 3rd PHASE: It was elaborated the evaluation of the biomass effect in the burn efficiency for the coal mixes injected in blast furnaces. The results indicated an efficiency increase of burn for the mixes with high content of volatile matter. 4th PHASE: The coke production was performed in industrial scale using coal blends with the biomasses with participation in up to 6.0%. The quality results of coke obtained in industrial scale were compatible with the results obtained in pilot scale. The replacement in up to 2.0% of the coal by biomass charcoal did not affect the coke quality produced on the batteries, where, in steel industry company with CSN’s size, it is possible to obtain by means of coal replacement by biomass charcoal a reduction of 50 thousand tons/year in the consumption of coal and therefore, a reduction on the manufacturing cost of pig iron in the blast furnace.