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Palestrante: Me. Eng. Bruno D. Flores (Doutorando do Grupo LaSid-Redução)
Prof. Dr. Ing. Antônio Cezar Faria Vilela (Coordenador Geral do LaSid)Prof. Dr. Eduardo Osório (Coordenador do Grupo LaSid-Redução)
A questão do carvão nacional no setor siderúrgico
Sumário
Introdução
Carvão mineral na coqueificação
Carvão mineral para injeção em altos-fornos
Carvão mineral na redução direta
Outras oportunidades para os carvões nacionais na siderurgia
Pesquisas do Laboratório de Siderurgia da UFRGS
2
Introdução
Reservas Provadas Produção
Fonte: BP Statistical Review of World Energy, June 2015 - modificado.
Somos um exemplo para o mundo quando o assunto é carvão?
3
1 EUA
2 Rússia
3 China4 Austrália
5 Índia
6 Alemanha
7 Ucrânia
8 Cazaquistão
9 África do Sul
10 Indonésia11 Turquia12 Colômbia13 Brasil
14 Canadá15 Polônia
1 China
2 EUA
3 Índia
4 Austrália
5 Indonésia
6 Rússia
7 África do Sul
8 Alemanha
9 Polônia
10 Cazaquistão
11 Colômbia
12 Turquia
13 Canadá
14 Ucrânia
15 Grécia
24 Brasil
Rotas de produção de aço
Rotasde Produção
Alto-Forno
Forno Elétrico a Arco
Sucata
68%
30%
2%
Matérias-Primas Produção de aço no mundo/Brasil por tipo de rota
Redução Direta/Fusão
Carvão
Minério de Ferro
Gás NaturalCarvão
75%
25%
0%
Fonte: IAB 2013
Cerca de 1,2 bilhão de toneladas de carvão são utilizadas anualmente na produção deaço, o que representa cerca de 15% do consumo total de carvão em todo o mundo.
Mundo Brasil
5
O alto-forno
Nos altos-fornos o ferro-gusa é produzido a partir da redução do minério de ferro utilizandocarbono na forma de coque e carvão pulverizado como agentes redutores e combustíveis.
Coqueificação
Sinterização
Pelotização
Carvão Coqueificável
Minério de Ferro
Carvão PCI
Ferro-gusa Escória
6
Cerca de 75% do carvão utilizado na fabricação de gusa entra no AF na
forma de coque.
Processo de coqueificação
Processo pelo qual o carvão mineral coqueificável, ao ser aquecido na
ausência de oxigênio, libera gases da sua estrutura, originando um resíduo
sólido poroso.
A coqueificação permite obter um combustível/redutor adequado para o
carregamento em altos-fornos.
7
Processo de coqueificação: coqueria By-product
Fornos com recuperação de subprodutos (By-product)
As coquerias convencionais tem como produtos coque e gases.
75% coque 25% gases Gás combustível 17%
Alcatrão 5%
Óleos leves eOutros 3%
Indústria Carboquímica
Indústria Siderúrgica
9
Processo de coqueificação: coqueria Heat Recovery
Fornos sem recuperação de subprodutos (Heat Recovery)
Nesse processo o gás gerado no processo é queimado para a geração de energiaelétrica.
Suncoke Coqueria Tubarão Capacidade 1,5 milhão t/ano e 155 MW
10
Fonte: Suncoke
Uso de PCI nos altos-fornos
Coqueificação
Sinterização
Pelotização
Carvão Coqueificável
Minério de Ferro
Carvão PCI
Somente cerca 15% das reservas mundiais de carvão possuem as propriedades
requeridas para a produção de coque.
11
Carvão mineral para injeção em altos-fornos
O objetivo da injeção de carvão pulverizado na zona das ventaneiras dos altos-fornos é substituir parte do coque necessário para a produção de ferro-gusa.
Diminuição dos custos da produção
Aumento da produtividade dos AF
Aumento da vida útil das coquerias
Diminuição das emissões causadas pela produção de coque
A vantagem econômica do PCI se baseia na diferença de custo entre os
carvões coqueificáveis e os não coqueificáveis.
12
Características esperadas em carvões para uso siderúrgico
Quais são as características esperadas em carvões para uso em coqueificação e PCI?
Caracterização físico-química:
propriedades plásticas
Caracterizaçãoquímica: matéria
orgânica e inorgânica
Caracterização
petrográfica
Caracterização
física
13
Caracterização físico-química:
propriedades plásticas
Caracterizaçãoquímica: matéria
orgânica e inorgânica
- Alto teor de matéria mineral
- Alto teor de enxofre
- Ausência parcial ou total de propriedades
plásticas e aglomerantes (importante
somente na coqueificação)
Quais são as dificuldades de uso do carvão nacional em termos depropriedades?
14
Características esperadas em carvões para uso siderúrgico
Quais são as necessidades e oportunidades para o carvão nacionalser utilizado na siderurgia via altos-fornos?
BENEFICIAMENTO
Carvões para o setor de geração de energia
Cinzas 30 – 50%
Necessidade da geração de um novo produto
criado para atender as siderúrgicas
Cinzas 10 -15%15
Carvões Nacionais
Oportunidade dos carvões nacionais para uso siderúrgico
Carvões nacionais de forma individual nãopossuem as características adequedaspara utilização tanto na fabricação decoque como para injeção em AF.
PROBLEMÁTICA
SOLUÇÃO
Utilização de misturas de vários tipos decarvões (materias carbonosos), cujosomatório de suas propriedades resulteem produtos adequados ao AF.
Quais são as necessidades e oportunidades para o carvão nacionalser utilizado na siderurgia via altos-fornos?
16
Oportunidade dos carvões nacionais para uso siderúrgico
O Brasil em 2014, teve uma produção de33,9 milhões de toneladas de aço bruto.9ª maior produtor mundial.
Espírito SantosArcelorMittal Aços Longos (Cariacica)ArcelorMittal (Tubarão)
Rio de JaneiroVotarantim Siderurgia (Resende)Votarantim Siderurgia (Barra Mansa)CSN (Volta redonda)Gerdau Aços Longos (Santa CruzThyssenKrup CSA (Santa Cruz)
ParáSinobras
CearáGerdau Aços Longos (Cearense)
PernambucoGerdau Aços Longos (Açonorte)
BahiaGerdau Aços Longos (Usiba)
Minas GeraisAperam South AmericaGerdau Açominas (Ouro Branco)ArcelorMittal Aços Longos (Monlevade)ArcelorMittal Aços Longos (Juiz de Fora)Gerdau Aços Longos (Barão de Cocais)Gerdau Aços Longos (Divinópolis)Usiminas (Ipatinga)V & M do BrasilVSB (Jeceaba)
São PauloArcelorMittal Aços Longos (Piracicaba)Gerdau (Pindamonhangaba)Gerdau (Mogi das Cruzes)Gerdau Aços Longos (São Paulo)Usiminas (Cubatão)Vilares Metais
Rio Grande do SulGerdau Aços Longos (RiograndenseGerdau Aços Especiais (Piratini)
ParanáGerdau Aços Longos (Guaíra)
Fonte: IAB modificado.
Parque siderúrgico brasileiro
11 grupos empresariais
29 Usinas
48,9 Mt de aço bruto/ano
18
As usinas integradas a coque no país representam cerca de 75% da produçãosiderúrgica brasileira.
0
2
4
6
87,5
5,65 5
4,5 4,5
1,2
Cap
acid
ade
de
pro
du
ção
de
aço
b
ruto
/an
o (
Mt)
Fonte: SAGE
TOTAL 33,3 Mt
Principais produtores de aço via altos-fornos a coque
Usinas integradas no Brasil
19
1,5
12,4
2,8
0,61,4 Carvão Vegetal
Carvão Mineral Coqueificável
Carvão PCI
Antracito
Coque de petróleo
Atualmente as usinas siderúrgicas brasileiras consomem aproximadamente 12,5Mt/ano de carvões coqueificáveis e 2,8 Mt de carvões para injeçaõ em altos-fornos.
Consumo de carbonosos
Produção
Consumo
11,5 Mt
9,7 Mt
Produção anual e consumo de coque
Fonte: IAB, 2013 modificado.
Demanda de carvão na siderurgia nacional
Caso o mineração nacional consiga suprir 10% da necessidade de carvão siderúrgico, isso resultaria
20
No Brasil, atualmente todo o carvão mineral utilizado pelas siderúrgicas é importado.
39%
22%
12%
9%
5%13%
Estados Unidos
Austrália
Colômbia
Canadá
África do Sul
Outros
Origem dos carvões importados
Importação dos carvões utilizados na siderurgia
O carvão mineral é um dos principais itens de importação na balança comercialmineral no Brasil. O país gasta em média cerca de US$ 2,9 bilhões por ano comcarvões para uso siderúrgico.
21
Fonte: IAB, 2013 modificado.
Projeção de produção de carvão nacional para siderurgia
Caso a mineração nacional de carvão seja capaz de suprir 10% dademanda de carvão siderúrgico :
18,6 Mt
13,5 Mt
Produção de ROM
Considerando um rendimento
de 30% em processos de
beneficamento
Produção de carvão siderúrgico
1,53 Mt/ano
22
Exploração otimizada das jazidas de carvão mineral nacional, considerando uso misto siderúrgico e térmico.
Rotas de produção de aço
Rotade Produção
Alto-Forno
Forno Elétrico a Arco
Sucata
68%
30%
2%
Matérias-Primas Produção de aço no mundo/Brasil por tipo de rota
Redução Direta/Fusão
Carvão
Minério de Ferro
Gás NaturalCarvão
75%
25%
0%
Fonte: IAB 2013
Mundo Brasil
24
Redução direta
Produto do alto-forno Produtos da redução direta
Hot briquette iron
Ferro-gusa
Ferro esponja
Processo em que o minério de ferro é, no estado sólido, quimicamente reduzido aferro altamente metalizado (ferro-esponja ou Ferro Diretamente Reduzido – DRI).
25
Utilização de carvão na Redução Direta e Redução-Fusão
Foram produzidas 75,2 Mtde DRI/HBI em 2013.
0,2%
21,2%
15,4%63,2%
Outros Baseados em carvão
HyL/Energiron Midrex
Produção Mundial de DRI e HBI
26
Fonte: Midrex 2013
Processo SL/RN em forno rotativo
Minério deFerro (pelotas)
Carvão Mineral
Peneira
Separador Magnético
Ferro Esponja
Ar Ar
Ar
Água
Ar
Câmara de pós-combustão
Ar/carvão
Experiência nacionalCarvão do Recreio como
combustível/redutor
Processos de Redução Direta
SL/RN
Aços Finos Piratini
27
Vantagem:possibilidade de uso de carvões de alto teor de
cinzas
Índia principal produtor mundial
Outras oportunidades para uso de carvão nacional na siderurgia
29
Processos nos quais o carvão nacional pode ser incorporado
Pelotização
Novos processos de coqueificação (ex. Scope 21)
Processos de redução fusão: Corex, Tecnored, etc
Laboratório de Siderurgia da UFRGS
Coordenação: Prof. Dr. Ing. Antônio C. F. Vilela
Áreas de Atuação
LaSid-Redução (Prof. Dr. Eduardo Osório)
LaSid-Aciaria
LaSid-Modelagem
O LASID coordena e executa projetos em parceria com empresas e com o apoio dosórgãos fomentadores de pesquisa e formação de recursos humanos.
LaSid-Ambiental 3 Professores
3 Pesquisadores
1 Técnico Científico
9 Doutorandos
7 Mestrandos
11 Bolsistas de Iniciação Científica
Equipe
33
Estudos do Laboratório de Siderurgia da UFRGS
Avaliação do uso de carvões para PCI
Caracterização química dos carvões de PCI
Avaliação da combustibilidade dos carvões via termobalança
Avaliação da combustibilidade dos carvões via simulador da zona de combustão dos
altos-fornos
Avaliação da estrutura porosa dos carvões de PCI
Avaliação da combustibilidade de carvões nacionais via simulador da zona das ventaneiras de altos-fornos
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Projeto de doutorado (Claudia Barbieri)
Caracterização de carvões coqueificáveis
Seleção de carvões e otimização de misturas de carvões para coque
Fabricação de coque em escala laboratorial
Caracterização de coques
Estudos do Laboratório de Siderurgia da UFRGS
Avaliação do uso de carvões para coqueificação
35
Avaliação da viabilidade técnica de uso de carvões brasileiros na produção de coque para altos-fornos
Projeto de doutorado (Bruno Flores)
Obrigado pela atenção!
Email: [email protected]
Laboratório de Siderurgia-UFRGS Av. Bento Gonçalves, 9500 - Porto Alegre - Brasil Telefone : ++55 51 3308 7074
36