A FUSÃO COM OXIGENIO NO BRASIL Miguel ZORROZUA
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RESUMO: Um grande surto de interesse pela fusão com oxigênio teve lugar no inicio dos anos noventa, impulsionado pela redução do custo desse comburente e pelas pressões que os movimentos ambientalistas exerciam. Entretanto, surgiu uma série de incertezas sobre as conseqüências da adoção do novo processo sobre fatores técnico-economicos importantes como investimento, vida do forno, custo da energia de fusão e do tratamento das fumaças, que impediam uma decisão estratégica consistente. No período que se seguiu as pesquisas, os testes de laboratório e industriais e o desenvolvimento de equipamentos de queima visaram a reduzir o campo das incertezas. O Brasil participou ativamente desse processo. O resultado desse trabalho pode ser medido pelo sucesso da implantação que aqui se seguiu de varias unidades vidreiras a oxigênio. As principais conclusões a que chegamos na Saint Gobain Vidros e as perspectivas que visualizamos são comentadas.
OS PRIMORDIOS
Os acontecimentos principais que no inicio dos anos noventa atraíram o interesse dos vidreiros pela substituição do comburente habitual – o ar preaquecido – pelo oxigênio à temperatura ambiente, foram:
- o desenvolvimento de equipamentos de separação do oxigênio do ar atmosférico baseados no principio do peneiramento molecular, capazes de fornecer oxigênio gasoso com uma pureza suficiente (>90%) a baixa pressão e a custo bem inferior ao do processo tradicional de liquefação do ar. Com efeito as pequenas unidades de separação, quando instaladas na própria planta, eliminam as custosas etapas de liquefação, de transporte do oxigênio liquido até a vidraria e sua gaseificação in loco, baratearam sobremaneira o custo do insumo e,
- o surgimento dos movimentos ambientalistas que em certas regiões do globo conduziram à edição de normas extremamente restritivas sobre a emissão de óxidos de azoto. A costa oeste dos Estados Unidos da América foi um potente vetor desse movimento que influenciou progressivamente outras regiões. Num primeiro momento a eliminação quase completa do azoto no processo de
combustão oferecia uma resposta imediata à pressão ambientalista e, naturalmente, as primeiras conversões de importância se deram na Califórnia.
AS TENTATIVAS DE AVALIAÇÃO INDUSTRIAL E AS PRIMEIRAS CONVERSÕES DE FORNOS EXISTENTES
O novo processo de fusão levantou, naturalmente, no mundo vidreiro uma série de incertezas de caráter técnico que exercem uma influencia fundamental sobre a rentabilidade econômica:
- qual a vida das superestruturas refratarias dos fornos? Como não é aceitável regredir significativamente na duração das campanhas, isso poderia conduzir à utilização de materiais refratários mais resistentes e caros. E quais?
- qual a influencia sobre a qualidade do vidro e a intensidade da fusão?
- qual a tecnologia de queima adequada? Tipo de queimador, seu numero, posição e distribuição no forno?
- qual o diferencial de investimento? Ai incluindo não só o do forno propriamente dito e seus acessórios mas também o da obra civil, o do tratamento das fumaças e da eventual recuperação do calor sensível das mesmas?
A impossibilidade de prever o custo final do vidro e portanto de tomarem-se decisões estratégicas suficientemente embasadas sem que essas questões fossem cabalmente esclarecidas, levou à fase de tentativas de concreta avaliação industrial com as primeiras conversões de fornos existentes. Tipicamente, escolhia-se um forno em funcionamento e substituíam-se seus queimadores tradicionais por queimadores alimentados por oxigênio liquido vaporizado, adaptando-se o melhor possível o caminho das fumaças – câmaras e canais – às necessidades.
A década de 90 foi um período de intensa colaboração entre os vidreiros, os centros de desenvolvimento dos produtores de gases do ar, as universidades e os institutos de pesquisa. Modelos matemáticos de queima e de transmissão de calor ao banho, desenvolvimento de novos queimadores em laboratórios de térmica, pesquisa dos mecanismos de volatilização de álcalis do banho e sua quantificação, pesquisa do mecanismo e intensidade de corrosão dos diferentes refratários de superestrutura pela atmosfera do forno gerada pela interação com a queima do oxigênio enriquecida dos elementos voláteis do banho etc. constituíram então um grande esforço conjunto. O grande potencial de negócios que as empresas de gases do ar anteviam no mercado vidreiro foi um potente alavancador de recursos.
Os primeiros queimadores testados, provenientes da experiência anterior na industria metalúrgica, eram refrigerados com camisa d’água. Entretanto uma
particularidade da época era que, contrariamente aos fornos no exterior igualmente em fase de teste com gás natural, a quase totalidade dos fornos era aquecida com óleo combustível e ademais ultra viscoso, somente encontrado no Brasil. Naturalmente duplicaram-se as dificuldades e os primeiros resultados foram insatisfatórios.
Nessas condições o desenvolvimento de queimadores específicos para as condições brasileiras bem como a procura de soluções que evitassem o seu resfriamento com água, foi amplamente engajado com institutos de pesquisa, laboratórios de combustão dos fornecedores de oxigênio e dos fabricantes de queimadores a ar tradicionais. Citemos, entre outros, os trabalhos do Agrupamento de Engenharia Térmica do IPT – SP e aqueles que desenvolvemos independentemente na Saint-Gobain Brasil.
As primeiras conversões feitas no Brasil – em particular pela Saint-Gobain Vidros- já com queimadores sem refrigeração e com atomização ao ar comprimido, seja queimando gás natural seja óleo ultra viscoso, mostraram rapidamente uma acentuada corrosão dos refratários tradicionais e em particular da sílica. Amargaram-se algumas surpresas desagradáveis.
Uma nova fase de pesquisas e testes foi portanto engajada nesse campo. No laboratório central da Saint-Gobain e, aqui no Brasil, com estudos post morten
de refratários de sílica em nossos fornos pela Universidade de São Carlos com White Martins. De nossa parte equipamos a superestrutura de um de nossos fornos de uma panoplia de tipos de refratários visando a detectar diferenças de comportamento face às novas condições.
FORNOS ESPECIALIZADOS PARA A OXI-COMBUSTÃO
As respostas às incertezas, embora ainda parciais, obtidas no período de conversão e teste, foram de nossa parte consideradas suficientes para que realizássemos no Brasil já a partir de 1995 nossos primeiros fornos vidreiros especializados para a oxi-combustão, a óleo ou a gás. Essencialmente para a fusão de vidros borosilicatos: de baixo coeficiente de dilatação e de fibras de reforço e isolação; e também para vidro sodocálcico.
Certos refratários tradicionais foram substituídos e, naturalmente, a geometria, a distribuição dos queimadores desenvolvidos internamente e da sua carga térmica foram estudados para as novas condições.
Os resultados sobre o investimento, a duração da campanha e, em certos casos, o rendimento foram positivos.
Atualmente cerca de 650 toneladas de vidro são produzidas quotidianamente no Brasil, das quais aproximadamente 60% na Saint-Gobain Vidros. Por outro lado a industria de fritas cerâmicas, que precedeu a do vidro na utilisação do oxigênio na fusão, elabora com oxi-combustão-cerca de 550 toneladas por dia.
CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS
O conhecimento técnico adquirido no período permite encarar com serenidade a realização de fornos especializados para o oxigênio performantes salvo pelo momento, a nosso ver, de fornos de vidro plano flotado.
A escolha é, agora, de caráter eminentemente econômico e deve ser analisada caso a caso. Os melhores candidatos são, a nosso ver, os fornos para vidros especiais onde, preferencialmente, o custo da fusão – energia, amortização – represente uma pequena parcela do custo final do produto.
A evolução do custo do oxigênio no Brasil que, ultimamente, tem mostrado tendência de aumento relativo – fruto de investimento em moedas fortes e da progressão acentuada do preço da energia elétrica – terá uma certa influencia na competitividade futura do processo de fusão com oxigênio.
