FORNO DE GRELHA MÓVEL

        Os fornos de grelha móvel (traveling grate), adotados em larga escala em todo o mundo, principalmente nos Estados Unidos e no Brasil;

Atualmente, a tecnologia de Traveling Grate equivale a 2/3 da capacidade total de produção de pelotas no mundo(2)

Para que as pelotas formadas nos discos de pelotamento possam resistir às operações de manuseio e transporte até o cliente, ou seja, estocagem no pátio, carregamento, transporte e descarga do navio, e para que suportem as pressões e os choques térmicos dentro dos reatores de redução para os quais se destinam as pelotas de minério de ferro, durante sua transformação em ferro-gusa (alto-forno) ou ferroesponja (redução direta), torna-se necessário submetê-las a um tratamento térmico cuidadoso e bem balanceado, proporcionando às mesmas, a resistência física e mecânica apropriada. A este tratamento dá-se o nome de processo de endurecimento ou processo de queima das pelotas, o qual é realizado no forno de queima, também chamado forno de endurecimento. A Figura 17 apresenta o desenho esquemático típico de um forno de endurecimento do tipo grelha móvel.

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A matéria-prima principal para o processo de queima no forno de endurecimento é a pelota crua, produzida pelos discos na etapa anterior de pelotamento. Estas pelotas devem possuir características físicas e químicas adequadas ao bom desempenho do processo de endurecimento.

Etapas do Processo

Após o pelotamento e a classificação nas mesas de rolos, as pelotas cruas abaixo de 18 e acima de 8 mm de tamanho passam pelas seguintes etapas:

(i) alimentação da grelha;

(ii) secagem ascendente (i e II);

(iii) secagem descendente;

(iv) pré-queima;

(v) queima;

(vi) descarga

(vii) resfriamento(primário e secundário);

Para o leitor, deve ficar entendido que os valores de pressão e temperaturas informados nas Figuras 18 a 28, servem como referência para o entendimento do processo de queima, mas não devem ser considerados como um padrão de operação, uma vez que esses valores podem ser modificados dependendo das condições do processo.

Alimentação da Grelha

Após as mesas de rolos da entrada do forno, as pelotas passantes na mesa superior (abaixo de 18 mm de diâmetro) e retidas na mesa inferior (acima de 8 mm) são alimentadas na grelha, conforme ilustrado na Figura 18.

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Após o preenchimento do carro de grelha, tem-se a configuração representada pela Figura 19.

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Pode-se notar, pelas Figuras 18 e 19, que cada carro de grelha, antes de ser preenchido totalmente com as pelotas cruas, recebe uma camada de pelotas que já foram queimadas e que retornaram da descarga do forno, como será visto mais adiante. A esta se dá o nome de camada de forramento, que é constituída pela camada de fundo e pela camada lateral. O objetivo principal deste tipo de forramento é minimizar a agressão térmica sobre a estrutura do carro de grelha e das barras de grelha (Figura 20) aumentando, com isto, sua vida útil.

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Secagem Ascendente e Descendente

Nestas etapas, a água contida nas pelotas cruas alimentadas no forno é evaporada devido ao fluxo de gases quentes que atravessa o leito de pelotas. A este processo de retirada da água da pelota, dá-se o nome de secagem. Existem três zonas no forno de pelotização responsáveis pela secagem: zona de secagem ascendente I (Figura 21) zona de secagem ascendente II (Figura 22) zona de secagem descendente (Figura 23) Nas Figuras 21, 22, 23, 25 e 28, foram empregadas as palavras em inglês para identificar partes do forno de queima, por serem mais usuais. Desta forma, ao visualizar estas figuras, o leitor deve conhecer os seguintes significados: Bleed In e Bleed Of significam entrada de ar atmosférico no forno e saída de ar do forno para a atmosfera, respectivamente e, Damper é o sistema de controle de fluxo de ar.

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A secagem ascendente recebe este nome devido ao fato do fluxo gasoso estar no sentido ascendente (de baixo para cima) e, portanto, será mais eficiente nas pelotas localizadas na parte inferior do leito de pelotas cruas que atingiram temperaturas de secagem mais elevadas. Tal situação se inverte na secagem descendente.

Pré-queima

A etapa de pré-queima (ou de pré-aquecimento) é a fase intermediária às fases de secagem e queima, onde as pelotas são expostas a um fluxo descendente de gases à temperaturas da ordem de 500 a 900o C. Nestas condições, as pelotas sofrem um aquecimento adequado antes de serem submetidas às rigorosas temperaturas de endurecimento, na zona de queima. A zona de pré-queima encontra-se esquematizada na Figura 24.

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A Queima, ou Zona de Queima do Forno

É a fase na qual as pelotas experimentam um fluxo gasoso também descendente, com os mais elevados níveis de temperatura (da ordem de 1000 a 1380o C). Para tanto, utiliza-se óleo combustível que é injetado lateralmente na coifa desta região do forno, por meio de queimadores. A combustão do óleo produz o calor necessário ao atingimento de tais temperaturas, como pode ser visto na Figura 18. É importante comentar que existem fornos que operam com o gás natural como combustível, quando há disponibilidade de fornecimento. As zonas de pré-queima e queima possuem, juntas, um certo número de queimadores, que depende do tamanho e tipo de forno. Para fornos de grelha móvel, existem fornos com um número de queimadores que chega a 80 para operação com óleo combustível ou gás natural. Porém, fornos tipo Traveling Grate mais modernos possuem um menor número de queimadores, cerca de 46, distribuídos de forma a priorizar o aproveitamento do ar para melhoria das condições de secagem e pré- queima. Apenas como observação, é importante comentar que em fornos tipo Grate Kiln, só é utilizado um único queimador, que pode operar com injeção de diversos combustíveis, incluindo carvão. É possível controlar, automaticamente, a temperatura de cada um destes grupos. O calor produzido pela combustão do óleo, juntamente com o calor contido no ar proveniente da zona de resfriamento, é transferido às pelotas, via fluxo gasoso, até o ponto em que se inicia a combustão do carvão finamente contido nas mesmas, gerando-se mais calor, agora do interior para fora das pelotas, como pode ser visto na Figura 25. Parte do calor envolvido no processo de queima é utilizada nas reações químicas entre os constituintes contidos no minério, no calcário e no aglomerante (bentonita, aglomerante orgânico ou cal hidratada). Estas reações propiciam o endurecimento das pelotas, ou seja, estas, após a queima, adquirem a resistência física necessária para serem transportadas da descarga da grelha até o forno de redução do cliente, como já mencionado.