Alto Forno

CONTROLE DE DESGASTE DOS STAVES DE UM ALTO FORNO À COQUE PELA MELHORIA DA DISTRIBUIÇÃO DE CARGA

RESUMO

Com a finalidade de aumentar a vida útil dos staves do Alto-forno, a pesquisa buscou formas de controle dos desgastes dos mesmos. Foram pesquisadas as causas por meio da melhoria na distribuição da carga no alto forno. Houve varias formas de acompanhamento do desgaste dos staves e foram considerados, com base neste estudo, um modelo adequado às necessidades operacionais do Alto-forno. Foi testado o efeito de alterações da vazão e da temperatura da água de refrigeração devido aos resultados da carga térmica para verificar se havia possibilidade de que, atuando nestes fatores, alteraria consideravelmente os aspectos físicos dos staves. Ao final do estudo concluiu-se que é possível controlar, dentro de certos limites, a distribuição de cargas do alto forno para aumentar a vida útil dos staves evitando ao máximo o desgaste por abrasão.

Palavras chaves: Alto-forno. Staves. Desgaste.

1 INTRODUÇÃO

Na indústria siderúrgica, é essencial o bom funcionamento do Alto-forno, que influencia de forma direta na qualidade do ferro-gusa, seu produto primordial, fornecido para os lanços seguintes na produção do aço. Atualmente, o bom funcionamento do Alto-forno está estreitamente ligado a um controle preciso e à manutenção preditiva de suas várias partes. O presente trabalho se limitou a estudar os staves, equipamento localizado na parte interna do alto forno, próximo à carcaça, onde atua como trocador de calor, o controle do seu desgaste através da distribuição de carga.

Tendo entendido a importância da região, este estudo toma como objeto de pesquisa o controle do desgaste dos staves do alto-forno com a finalidade de aumentar sua vida útil.

1.1 O problema da pesquisa

A reforma de um Alto Forno com sistema de refrigeração à staves só é possível com parada de vários dias. Dentro deste contexto a pesquisa visa responder a seguinte questão: O que fazer para controlar os desgastes dos staves?

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo Geral

O objetivo deste trabalho é controlar o desgaste dos staves de um Alto-forno a coque, aumentando sua vida útil.

1.2.2 Objetivos específicos

• Descrever o processo de produção de gusa
• Identificar as principais causas do desgaste dos staves.
• Realizar testes com novas técnicas e/ ou métodos para a solução do problema. 

1.3 Justificativa

Os staves são uma das regiões mais críticas na vida útil de um Alto-forno, pois está sujeito a um desgaste devido ao contato por abrasão com cargas de alto forno. A substituição completa dos staves só pode ser feita atualmente com o esvaziamento completo do Alto-forno. Portanto, a campanha de um Alto-forno é limitada pelo desgaste ocorrido nos staves, sendo importante acompanhar e controlar a evolução dessa linha de desgaste a fim de estender a campanha o máximo possível (MAGNAGO, 2010).

Dentro deste contexto a pesquisa justifica devida necessidade de aumento da vida útil dos staves e como aperfeiçoamento de informações para o profissional.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 Alto-forno

O Alto-forno é um reator onde é fundido o minério de ferro, sendo externamente revestido por metal e internamente com material refratário.

O Alto-forno na metalurgia compõe o principal aparelho utilizado na produção do ferro gusa. No inicio dos primeiros Altos-fornos, dos tipos mais simples, os gases eram perdidos na atmosfera, constantes técnicas de aperfeiçoamentos vêm sendo utilizadas e a capacidade diária cada dia mais elevada (CHIAVERINI, 1986).

A metalurgia do ferro que ocorre no Alto-forno consiste basicamente na redução de seus óxidos por meio de um redutor, o qual geralmente é um combustível carbonoso (ARAÚJO, 1997).

Durante o processo de produção do ferro, toda a matéria prima carregada no interior do Alto-forno (minério de ferro, combustível-redutor e fundentes), transforma-se em ferro gusa, escória, gás de Alto-forno e poeira. A redução dos óxidos de ferro se processa durante a descida do material carregado no Alto-forno. O minério de ferro, o agente redutor (coque) e os fundentes (calcário ou dolomito), descem em contra corrente em relação aos gases provenientes da queima do carbono com o oxigênio do ar aquecido soprado pelas ventaneiras.  

Os gases resultantes da queima do coque próximo das ventaneiras, ao ascenderem através da coluna de carga, reduzem o minério e pré-aquecem os materiais. Dentro do Alto-forno ocorrem reações de troca de calor e materiais entre a carga descendente e os gases ascendentes. (RIZZO, 2009)

A força motriz num processo de alto-forno são os gases gerados pela combustão do carbono do redutor sólido na região inferior através de sua reação com o oxigênio do ar quente injetado em alta velocidade pelas ventaneiras. Os gases gerados nesta região fluem para cima no Alto-forno, arrastando materiais particulados da carga ferrífera, fundentes e combustível. Os gases reagem com a carga ferrífera que esta se deslocando em contra corrente promovendo progressivamente a redução dos óxidos de ferro, obtendo-se o ferro metálico promovendo quantidade a mais de gás. As reações químicas na queima e na redução geram energia suficiente para fundir o ferro metálico e a escória gerada no processo. Estes matérias, no estado líquido, se escoam para o fundo do forno para uma região denominada de cadinho.

2.1.2 Divisão do Alto-forno em regiões

O Alto-forno é dividido em seis principais regiões: topo, goela, cuba, ventre, rampa e cadinho, conforme ilustrado na FIG. 1.

FIGURA 1 - Divisão das partes de um Alto-forno

[pic 1]

O topo parte superior por onde o Alto-forno é carregado e também são coletados os gases do processo, estes são conduzidos a sistemas de limpeza e usados em outros processos da siderúrgica.  

A goela vem logo a seguir sendo esta a zona de pré-aquecimento do material carregado no Alto-forno, é revestida internamente por chapas de desgastes que protegem o refratário contra os impactos das cargas durante seu enfornamento.