Inovações tecnológicas que propiciam economia de energia, redução de emissões e aproveitamento de resíduos

As inovações tecnológicas de uso comercial apresentadas nas Tabelas 6.12 e 6.13, compiladas pelo IETD/IIP (2019a), propiciam economias no consumo específico de

51 _{Nos balanços energéticos publicados pela Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e}

Mineração (ABM) o poder calorífico dos gases de aciaria das usinas varia entre 7,2 GJ/Ndam³ a 8,4 GJ/Ndam³.

energia e reduções nas emissões de CO2 por tonelada de aço. Estimativas destes ganhos

estão indicadas nestas tabelas.

Tabela 6. 12 - Seleção de tecnologias de uso comercial na indústria siderúrgica com potencial de economia no consumo de energia e redução nas emissões

Etapas do processo de produção / Tecnologias Coqueria

O coque é utilizado como um agente redutor e fonte de energia na rota AF/BOF. Em fornos mais modernos são necessários de 460 a 480 kg/ t de metal quente (a media global é de 500 kg/t metal quente). Nos AF com injeção de combustível complementar o consumo de coque pode ser inferior a 300 kg/t de metal quente.

Para cada tonelada de coque são utilizadas de 3,5 a 5 GJ de energia e 1,6 toneladas de carvão metalúrgico. Um teor de 1% de cinzas no coque pode aumentar a demanda de coque em 2%. Portanto, quanto menor for o teor de cinzas melhor é o carvão.

Os processos que utilizam coque seco (Coke Dry Quenching - CDC) podem reduzir em até 40% o consumo de energia (1,5 GJ/t de coque e 0,55 GJ de eletricidade podem ser recuperados)

Estima-se uma redução de CO2 superior a 50.000 t/ano convertendo um sistema de coque com

capacidade de 25t/h de coque úmido para seco.

A automação e sistemas de controle de processos podem levar a uma economia de combustíveis de até 10%. Estima-se esta economia em 0,17 GJ/t de coque.

Melhorias nos controles de processo podem reduzir as emissões em até 3,8 kg de CO2/t de coque.

A instalação de variadores de velocidade nos compressores de GCO pode economizar de 6 a 8 MJ/t de coque e contribuir para reduzir as emissões em 0,12 kg CO2/t de coque.

De 25 a 30% do volume em peso do carvão carregado no AF é eliminado com gases, chamados de gás de coqueria (GCO). Este gás tem uma quantidade calor que varia entre 17 e 20 MJ/Nm³, sendo normalmente empregado para aquecimento em fornos de coque, outros fornos e na geração de energia.

Aproximadamente 70% do GCO é usado nos processos de fabricação de ferro (AF) e aço, 15% para aquecimento de fornos de coque e 15% para a produção de eletricidade.

O GCO tem uma quantidade de energia de 6 a 8 GJ que pode ser recuperada para cada tonelada de coque produzido.

Sinterização

Na sinterização são processadas e aglomeradas as partículas de minério de ferro para o carregamento no AF. O produto resultante desse processo melhora a permeabilidade da carga e facilita a redução no AF.

A otimização do processo de sinterização (Environmentally Process Optimized Sintering - EPOSINT), reduz o volume de gases poluentes gerados em até 40% (o potencial para reduzir as emissões específicas de NOx é de 25 a 30%), economiza energia e coque, aumenta a produtividade e reduz as emissões dos gases que causam o efeito estufa.

O consumo de coque e gás de combustão no processo EPOSINT é reduzido em 2 a 5 kg/t de sínter e 10 MJ/t de sínter, respectivamente, mas há aumento no consumo de eletricidade.

A recuperação de gás residual no processo de sinterização pode trazer uma economia de combustível de até 0,55 GJ/t de sínter e um aumento na geração de eletricidade de 1,4 kWh/t de sínter.

A automação e sistemas de controle dos processos podem levar a uma economia de energia de 2 a 5%. Estima-se esta economia em 0,05 GJ/t de sínter.

Estima-se que melhorias nos controles de processo podem reduzir as emissões em até 5 kg de CO2/t

BOF - Forno básico a oxigênio

Estima-se que a recuperação de calor e gás do BOF propicie os seguintes benefícios: • Economia de 0,125 GJ/t de aço na combustão;

• A recuperação dos gases do forno BOF pode reduzir o consumo de energia em 3%; e • As emissões de GEE podem ser reduzidas em até 50 kg/t de aço.

BOF e EAF (Forno elétrico a arco)

A oxidação do CO em CO2 e a transferência da energia liberada por esta reação para o metal durante

o processo de combustão no forno BOF pode reduzir em 30% o consumo de energia no forno BOF e de 50 a 100 kWh/t de aço o consumo de eletricidade no forno EAF.

Forno EAF

Os fornos EAF são utilizados para produção de aço carbono e aços ligas utilizando, principalmente, sucata ferrosa (80% da matéria prima).

A quantidade de energia teórica requerida para fundir a sucata e as demais cargas no forno é de 350 a 370 kWh/t de aço. Essa energia é fornecida pelo arco elétrico, injeção de combustível fóssil, ou pela oxidação da matéria prima.

O consumo usual de eletricidade nos fornos EAF é de 300 a 550 kWh/t de aço.

A utilização de redes neurais artificiais no controle de fornos EAF pode propiciar uma economia no consumo de energia elétrica de 30 kWh/t aço e um potencial de redução nas emissões de 17,6 kg de CO2/t de aço.

O emprego de sistemas avançados de controle e automação, de uma forma geral, podem reduzir em até 14% o consumo de energia elétrica e até 6% o consumo de gás natural.

O monitoramento e controle dos gases de combustão do forno podem resultar em uma economia de 0,05 GJ/t de aço e um potencial de redução nas emissões de 8,8 kgCO2/t de aço.

Economias de 0,016 a 0,2 GJ/t de aço podem ser geradas com o pré-aquecimento da sucata.

A substituição de fornos EAF a corrente alternada (CA) por modernos fornos EAF de corrente contínua (CC) pode trazer economias de energia de até 0,072 GJ/t de aço e redução nas emissões de até 5,9 kg de CO2/t de aço.

A adoção de um forno EAF hermético propicia uma economia de energia estimada em até 110 kWh/t de aço.

O consumo específico de energia em fornos EAF pode ser reduzido em 0,06 GJ por tonelada de aço com a instalação de variadores de velocidade nos ventiladores dos fornos.

Uma economia de eletricidade de 1,1 kWh/t de aço e redução nas emissões de 10 kg CO2/t de aço

podem ser obtidas nos fornos EAF com a instalação de transformadores UHP (Ultra High Power). Fonte: Elaboração própria com base em IETD/IIP (2019a)

Tabela 6. 13 - Estimativas de reduções no consumo de energia e na emissão de CO2 por tonelada

correspondente de produto adotando algumas tecnologias inovadoras comerciais na indústria siderúrgica Redução no consumo específico de energia (GJ/t) Redução na emissão específica de CO2 (tCO2/t)

Instalação de usinas de última geração para produção

de eletricidade -2,83 -0,44

Resfriamento do coque a seco -1,46 -0,01

Recuperação de calor e gás de resíduos do BOF -0,91 -0,04

Lingotamento contínuo -1,73 -0,85

Pré-aquecimento da sucata -0,29 -0,04

Recuperação de calor residual da planta de

sinterização -0,39 -0,01

Otimização da mistura pellet de sinterização/minério

de ferro -0,36 -0,03

Emprego de queimadores Oxyfuel nos fornos EAF 0,01 -0,01

Injeção de carvão pulverizado no alto-forno (BF) 0,01 0,00

Turbina de recuperação de gás -0,11 0,00

Recuperação do calor residual dos gases -0,16 -0,02

Fonte: Elaboração própria com base em Pardo et al. (2012)

Segundo o IAB (2018a), a indústria siderúrgica nacional realizou, no biênio 2016- 2017, investimentos de R$ 2 bilhões em ações de proteção ambiental. Estes recursos foram direcionados a melhorias dos processos de produção, com foco em programas de eficiência energética e hídrica.

A destinação adequada dos resíduos siderúrgicos é fundamental para minimizar os impactos ambientais, reduzir os custos de produção e gerar receita extra para o negócio. Segundo Araújo (2005), para cada tonelada de ferro gusa produzida em alto-forno, entre outros produtos, são consumidos 1.560 kg de minério de ferro (65% Fe) e 800 kg de coque

52_{, são gerados 273 kg de escória e emitidos 43,5 kg de poeira e lama. Cada tonelada de}

aço líquido produzido em forno elétrico gera de 120 kg a 220 kg de escória (Silva, 2015). A Tabela 6.14 apresenta exemplos de tecnologias inovadoras que estão sendo aplicadas em algumas usinas siderúrgicas para minimizar as emissões e aproveitar os resíduos gerados nestas plantas.

52 _{O coque é um combustível derivado da aglomeração de carvão mineral. Ele consiste de matéria mineral e}

carbono, fundidos juntos. O coque é cinza, duro e poroso, e como combustível é praticamente isento de fumaça. Ocorre na natureza, mas a maioria é produzida industrialmente.

Segundo o IAB (2013), a rota de produção integrada é responsável por cerca de 70% da produção mundial de aço. Assim, há a necessidade da utilização de carvão mineral ou vegetal na etapa de redução. Como as reações químicas no alto-forno são necessárias na produção do ferro-gusa, para reduzir as emissões de CO2 os esforços têm sido direcionados

para o aumento da eficiência energética incluindo, por exemplo, o aproveitamento de gases de processo e a injeção de finos de carvão.

A Figura 6.31 apresenta um fluxograma simplificado do processo de produção de uma usina siderúrgica integrada que utiliza coque, com estimativas da participação dos consumos de energia, água e nas emissões de CO2e em cada etapa do processo produtivo.

Fonte: Elaboração própria com base em Pardo et al. (2012) e Brown et al. (1996)

Figura 6. 31 - Fluxograma simplificado do processo de produção em uma indústria siderúrgica integrada a coque, com as participações dos consumos de energia e água, e das emissões, por etapa do

Tabela 6. 14 - Tecnologias inovadoras aplicadas em algumas usinas siderúrgicas para diminuir emissões e melhor aproveitar resíduos

Fornecedores Sustentabilidade / Produtividade Referência

Adotada nas siderúrgicas: Posco 5a _{maior siderúrgica no mundo em}

2017

(http://www.posco.com/homepage/ docs/eng6/jsp/s91a0000001i.jsp) e Companhia Siderúrgica do Pecém - CSP

(https://www.cspecem.com/pt-br/), que entrou em operação no Brasil em 2016.

A escória líquida da aciaria é basculada em um tambor rotativo. Com a injeção de água no tambor para o resfriamento, há a granulação (cura) da escória, em seguida ocorre a separação magnética. Neste processo, a transformação da escória em insumo pronto é acelerada para destiná-lo as indústrias de cimento. Bem como, esta escória é de qualidade superior à que poderia ser obtida de forma tradicional (tempo para cura é de no mínimo um mês). IAB (2018a) Fornecedor: Tenova (https://www.tenova.com/products -technologies/)

Extração do ferro contido nos pós, escórias e carepas do forno elétrico a arco (EAF) para evitar a poluição do solo e do ar. Recupera os óxidos de Zn, Cd e Pb.

Silva (2015)

Fornecedor: Danieli (https://www.danieli.com/#)

Forno Waelz (faz a recuperação do pó de óxido de zinco do EAF) e um sistema hidrometalúrgico para transformar ZnO em zinco eletrolítico. Bem como permite extrair o ferro gusa desse material para retornar ao refino no forno EAF, economizando sucata e ferro esponja DRI.

Silva (2015) Sistema integrado de monitoramento a laser e análise

de gases (CO, CO2), água na carcaça no forno EAF, e

da temperatura dos gases na saída do forno EAF. Como resultado reduz o consumo de energia elétrica em 15 KWh/t de aço líquido, monitora os vazamentos de água na carcaça do forno, e possibilita diminuir em 1,5 minuto o tempo do forno ligado.

SMS Sigmag (https://www.sms- group.com/)

DSG (Dry Slag Granulation): neste processo de granulação a seco da escória é possível recuperar a energia contida na escória quente do alto-forno e do forno elétrico; e reduz a emissão de gases sulfurosos. Parte desse resíduo siderúrgico torna-se um insumo e

reduzir o clinquer utilizado nas indústrias de cimento. Silva (2015) Sistema de despoeiramento na Redução: coifas e

capuzes que captam os finos e poeiras dos silos intermediários, impedindo que esse material particulado seja misturado e dificulte o fluxo adequado de gás no carregamento dos altos-fornos. Primetals Technologies

(https://www.primetals.com/pt/) e Baosteel Engineering &

Technology Group Co

(http://www.baosteel.com/group_e n/)

Granulação da escória de aciaria do conversor LD e do forno EAF, e recuperação de gases siderúrgicos.

Silva (2015) Processo contínuo de laminação de tiras ESP (endless

strip production) e de recirculação seletiva de gás em

sinterizações.