CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção está relacionada a processos de aglomeração de minérios. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a um processo de pelotização.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] As operações de aglomeração de minérios destinam-se a conferir às cargas a serem alimentadas em altos fornos ou fornos de redução direta constituídas basicamente por minérios de ferro e fundentes (sílica, alumina e cal), um formato adequado e resistência mecânica apropriada ao percurso descendente dessa carga nos altos fornos ou reatores de redução direta com percolação de gases através da carga. Dentre as operações de aglomeração conhecidas, destacam- se a briquetagem, a sinterização e a pelotização.

[0003] O processo de pelotização consiste na obtenção de aglomerados de formato esférico com diâmetro em torno de 8 a 18mm, denominados “pelotas”, que são obtidas por rolamento de finos de minério de ferro em discos ou tambores pelotizadores. A pelota formada pelo rolamento de finos de minério de ferro em discos ou tambores é conhecida como pelota crua ou pelota verde.

[0004] As pelotas verdes posteriormente recebem um tratamento térmico no forno de pelotização a temperaturas acima de 1200°C, originando o produto final, denominado de pelota queimada, pelota sinterizada ou simplesmente “pelota”.

[0005] O tratamento térmico, comumente denominado queima, ocorre no forno de pelotização e tem por objetivo elevar substancialmente a resistência física das pelotas verdes, transformando-as em pelotas queimadas pela alteração da estrutura microscópica do minério de ferro, fenômeno conhecido como sinterização.

[0006] Para o processo de queima ou sinterização em fornos do tipo straight grate, as pelotas verdes são acomodadas em um recipiente conhecido como carro grelha que efetua a transporte das mesmas através das diversas zonas de processo do forno. A alimentação de pelotas verdes é feita continuamente sobre os carros grelha formando uma camada total de pelotas denominado leito de pelotas.

[0007] A queima das pelotas verdes ocorre por troca de calor entre os gases de processo no interior do forno e o leito de pelotas. A temperatura dos gases de queima é controlada por grupos de queimadores mediante consumo de combustíveis fósseis (normalmente óleo combustível ou gás natural). As ligações que se estabelecem entre os grãos de minério de ferro são diretamente influenciadas pela temperatura, permanência da carga nesta temperatura e natureza da atmosfera do forno.

[0008] De maneira geral, os combustíveis fósseis utilizados nos queimadores do forno do tipo straight grate possuem um alto custo e contribuem para o aumento das emissões de gás de efeito estufa. Na tentativa de se contornar esse problema, carbono sólido pode ser empregado no interior das pelotas verdes como fonte adicional de calor, contribuindo para diminuição do gradiente de temperatura entre o topo e o fundo do leito de pelotas e, consequentemente, reduzindo o consumo de combustível nos queimadores. Entretanto, a utilização do carbono dentro da pelota verde aumenta a porosidade da pelota queimada e, a partir de um certo ponto, diminui a resistência mecânica desta.

[0009] A invenção ora proposta soluciona os problemas do estado da técnica acima descritos de forma simples e eficiente. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[00010] A presente invenção tem como um primeiro objetivo prover um processo de produção de pelotas queimadas em um forno de pelotização que reduza o gradiente de temperaturas no leito de pelotas durante o processo de queima das mesmas.

[00011] A presente invenção tem como um segundo objetivo prover um processo de produção de pelotas queimadas em um forno de pelotização que reduza o consumo de combustível, especialmente combustíveis fósseis utilizados nos queimadores, diminuindo, dessa forma, a emissão de gases de efeito estufa (GEE).

[00012] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um processo de produção de pelotas queimadas em um forno de pelotização compreendendo as etapas de (i) prover um leito de pelotas verdes a serem queimadas no interior do forno de pelotização, (ii) adicionar briquete combustível ao leito de pelotas verdes previamente à queima das mesmas no interior do forno de pelotização e (iii) realizar a queima das pelotas verdes no interior do forno de pelotização.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[00013] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[00014] A figura 1 ilustra uma vista esquemática em corte de um forno de pelotização onde o processo da presente invenção é realizado. [00015] A figura 2 ilustra um carro grelha onde é depositado um leito de pelotas juntamente com briquetes combustíveis de acordo com o processo da presente invenção.

[00016] A figura 3 ilustra o fluxo de gases através do carro grelha sobre o qual estão localizados o leito de pelotas e os briquetes combustíveis. [00017] As figuras 4a e 4b ilustram, respectivamente, os gradientes de temperatura em um leito de pelotas durante o processo de queima como conhecido no estado da técnica e de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00018] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[00019] Conforme descrito acima, um processo de produção de pelotas queimadas em um forno de pelotização 10, de forma resumida, normalmente compreende as etapas de:

(i) prover um leito de pelotas verdes 20 a serem queimadas no interior do forno de pelotização 10; e

(ii) realizar queima das pelotas verdes 20 no interior do forno de pelotização 10.

[00020] A presente invenção soluciona os problemas do estado da técnica ao adicionar briquete combustível 30 ao leito de pelotas verdes 20 previamente à queima das mesmas no interior do forno de pelotização 10. Dessa forma, a presença dos briquetes combustíveis 30 juntamente com o leito de pelotas verdes 20 no processo de queima promove uma grande liberação de calor no interior do forno de pelotização 10. Assim, quando misturados com as pelotas verdes 20, os briquetes combustíveis 30 ocasionam um intenso aumento de energia localizada reduzindo as pelotas próximas e formando “cachos de pelotas”.

[00021] Preferencialmente, o briquete combustível 30 é adicionado sobre o leito de pelotas verdes 20, conforme mostrado nas figuras 2 e 3. Nessa configuração, a energia liberada pela queima do briquete combustível 30 é arrastada pelo fluxo de ar para todo o leito de pelotas (ver figura 3) sem ocasionar uma intensa sinterização das pelotas da camada superior do leito, próxima ao briquete combustível 30.

[00022] Conforme mostrado na figura 2, as pelotas verdes 20 são acomodadas em um recipiente conhecido como carro grelha 40 que efetua a transporte das mesmas a uma determinada velocidade através das diversas zonas de processo do forno de pelotização 10. Preferencialmente, uma camada de forramento 50 constituída de pelotas queimadas é depositada sobre a superfície do carro grelha 40 para proteção do mesmo contra as altas temperaturas do processo de queima. Dessa forma, as pelotas verdes 20 são depositadas no carro grelha sobre a camada de forramento 50, conforme ilustrado nas figuras 2 e 3.

[00023] Preferencialmente, o briquete combustível 30 utilizado pode ser oriundo de biomassa, tal como carvão vegetal de milho, carvão vegetal de cana-de-açúcar, carvão vegetal de eucalipto, carvão de casca de arroz, entre outros. Dessa forma, aproveitam-se os resíduos de biomassa para a realização da técnica da presente invenção, reduzindo emissões de gás de efeito estufa por não utilizar (ou, pelo menos, utilizar em menor quantidade) combustíveis de origem fóssil. Alternativamente, o briquete combustível 30 utilizado pode ser, pelo menos em parte, oriundo de combustíveis fósseis, tais como antracito, carvão mineral, coque verde de petróleo, entre outros. Devido às diferenças de reatividade e poder calorífico de cada tipo de combustível, a quantidade de combustível e a intensidade dos queimadores do forno de pelotização 10 devem ser devidamente ajustadas.

[00024] Em testes industriais realizados com a utilização de briquete combustível 30 sobre o leito de pelotas verdes 20, observou- se uma melhoria de aproximadamente 5% na qualidade física da pelota produzida, além de uma maior homogeneidade da qualidade física das pelotas localizadas no topo e no fundo do leito. Assim, comprova-se a grande eficiência do processo da presente invenção na diminuição do gradiente de temperatura que possibilita um maior arraste de calor para as pelotas localizadas no fundo do leito.

[00025] Adicionalmente, a diminuição do gradiente de temperatura proporcionada pela utilização do briquete combustível 30 sobre o leito de pelotas verdes 20 ocasiona uma aceleração da etapa de queima das pelotas, possibilitando um aumento da velocidade do carro grelha no interior do forno de pelotização 10 e, consequentemente, uma maior produtividade.

[00026] A figura 4a ilustra o gradiente de temperatura em um leito de pelotas na metade do ciclo de queima como conhecido no estado da técnica. A figura 4b, por sua vez, ilustra o gradiente de temperatura em um leito de pelotas na metade do ciclo de queima utilizando-se o processo de acordo com a presente invenção. Observa-se, portanto, uma redução considerável do gradiente de temperaturas quando da aplicação do processo de acordo com a presente invenção.

[00027] As cinzas provenientes da queima do briquete combustível 30 ficam escorificadas na parte superior do leito de pelotas, podendo ser removidas em uma etapa de peneiramento das pelotas após a queima. Adicionalmente, pode ser utilizada uma etapa de separação magnética após o peneiramento para separar as cinzas do briquete queimado dos finos de pelota queimada para melhor utilização dos coprodutos.

[00028] Preferencialmente, o briquete combustível 30 utilizado no processo da presente invenção pode ter diversos formatos: cilíndrico, esférico, cúbico, em forma de travesseiro, entre outros. Adicionalmente, o briquete combustível 30 utilizado no processo da presente invenção pode ser produzido por quaisquer processos de aglomeração de combustível, tais como briquetagem ou extrusão.

[00029] Preferencialmente, o teor de cinzas do briquete combustível 30 empregado na presente invenção varia de 5 a 40%. [00030] Preferencialmente, o tamanho do briquete combustível 30 varia de 15 a 45mm. Mais preferencialmente, o tamanho do briquete combustível 30 varia de 15 a 30mm para briquetes produzidos a partir de combustível fóssil e de 25 a 45mm para briquetes produzidos a partir de biomassa.

[00031] Preferencialmente, a dosagem empregada no processo da presente invenção é de 3 a 15kg de briquete combustível 30 por tonelada de pelota verde 20. Mais preferencialmente, a dosagem empregada no processo da presente invenção é de 6 a 15kg de briquete combustível 30 por tonelada de pelota verde 20 para briquetes combustíveis com teores de cinzas de 20 a 40% e de 3 a 10kg de briquete combustível 30 por tonelada de pelota verde 20 para briquetes combustíveis com teor de cinza de 5 a 20%.

[00032] Assim, conforme exposto acima, a presente invenção provê um processo de produção de pelotas queimadas em um forno de pelotização que reduz consideravelmente o gradiente de temperaturas no leito de pelotas durante o processo de queima das mesmas. Além disso, observam-se as seguintes vantagens técnicas com relação aos processos de pelotização do estado da técnica:

(i) redução do consumo de combustível dos queimadores;

(ii) redução do consumo de combustível dentro da pelota;

(iii) melhora a permeabilidade do leito;

(iv) melhora a resistência mecânica da pelota produzida; (v) melhora a homogeneidade na qualidade da pelota;

(vi) aumento de produtividade; e

(vii) redução das emissões de gás de efeito estufa quando do uso de briquete de biomassa, fazendo com que o processo de produção de pelotas queimadas em um forno de pelotização seja consideravelmente mais sustentável do que os processos convencionais do estado da técnica.

[00033] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.