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1 ( ) ( ) Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Documento propositivo Outubro 2009

2 Recomendações político-institucionais para o setor siderúrgico do Brasil ( ) ESTUDO PROSPECTIVO DO SETOR SIDERÚRGICO ( ) Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Documento propositivo Este material é documento de trabalho para apoiar as atividades do Estudo Prospectivo do Setor Siderúrgico; requer atenção editorial para ser publicável. Brasília, DF Outubro, 2009

3 Presidenta Lucia Carvalho Pinto de Melo Diretor Executivo Marcio de Miranda Santos Diretores Antonio Carlos Figueira Galvão Fernando Cosme Rizzo Assunção Capa Equipe de arte-final do CGEE Revisão de texto Elyas Ferreira de Medeiros Estudo Prospectivo do Setor Siderúrgico: Brasília: Centro de Gestão e Estudos Estratégicos, p: il. 1. Siderurgia do futuro Brasil. 2. Inovação tecnológica Brasil. I. Centro de Gestão e Estudos Estratégicos. II. Título. SCN Qd 2, Bl. A, Ed. Corporate Financial Center sala , Brasília, DF Telefone: (61) Este documento é parte integrante do Estudo Prospectivo do Setor Siderúrgico com amparo na Ação 51.4 (Tecnologias Críticas em Setores Econômicos Estratégicos) e Sub-ação (Tecnologias Críticas em Setores Econômicos Estratégicos) pelo Contrato de Gestão do CGEE/MCT/2009. Todos os direitos reservados pelo (CGEE). Os textos contidos nesta publicação poderão ser reproduzidos, armazenados ou transmitidos, desde que citada a fonte. 9

4 Estudo prospectivo do setor siderúrgico ( ) Documento propositivo Supervisão geral Fernando Cosme Rizzo Assunção, diretor Equipe técnica CGEE Elyas Ferreira de Medeiros, líder Maria Beatriz Pereira Mangas, pesquisadora Comitê orientador Gilberto Luz Pereira, gerente da ABM Horacídio Leal Barbosa, diretor da ABM José Carlos D Abreu, consultor da PUC-Rio Lélio Fellows Filho, assessor do CGEE Marcelo de Matos, consultor da De Matos Rudolf Robert Bühler, diretor do IABr Instituições do comitê de coordenação ABDI, ABM, AÇOS VILLARES, ARCELOR MITTAL, BNDES, CGEE, CSN, FINEP, GERDAU, IBRAM, IABr, MDIC, MME, SAMARCO, USIMINAS, VALOUREC-MANNESMANN, VILLARES METALS, VOTORANTIM Especialistas relatores José Carlos D Abreu, PUC-Rio (coordenador) Marcelo de Matos, De Matos Consultoria Boaventura Mendonça d Avila Filho, Setepla Tecnometal Engenharia Especialistas consultores do Estudo André Luiz V. da Costa e Silva Antônio Cezar Faria Vilela Boaventura Mendonça d Avila Filho Carlos Augusto Oliveira Claudio Parra De Lazzari Carlos Hoffmann Eduardo Osório Ernandes Marcos da Silveira Rizzo Ivani de S. Bott Jacques Marcovitch Joel Souza Dutra José Carlos D Abreu José Murilo Mourão Katsujiro Susaki Lauro Chevrand Luis Cláudio Pinto Oliveira Marcelo de Matos Mauro Ottoboni Pinho Patrícia Helena Gambogi Bóson Paulo Ludmer Pedro Braga; Ronaldo Santos Sampaio Sérgio de Jesus Pereira Sérgio Valdir Bajay Colaboradores do Estudo Este documento contém contribuições dos seguintes especialistas e colaboradores do Estudo, a quem o CGEE agradece e cumprimenta cordialmente Antonio Laitano, FINEP Cátia Mac Cord, IABr Celso Antonio Barbosa, Villares Metals Coletano B. de Abreu Neto, Arcelor Mittal Daniel da Silva Marques, Votorantim Ed Juarez Mendes Taiss, Usiminas Eduardo Pessotti Rangel, Samarco Eugênio de Felici Zampini, Aços Villares Evando Mirra de Paula e Silva, CGEE Fernando Antonio Freitas Lins, MME José Falcão Filho, Gerdau Márcio Frazão G. Lins, CSN V. Redonda Marcos de Abreu Alecrin, BNDES Nilton Sacenco, MDIC Pedro Sérgio Landim Carvalho, BNDES Raimundo Nonato B. Braga, Arcelor Mittal Sebastião Carlos Andrade Merij, V&M Sergio Andrade, Usiminas 10

5 Sumário Apresentação do documento... 6 Lista de siglas e definições gerais Capítulo 1 CONTEXTUALIZAÇÃO Capítulo 2 PROPOSTAS DE PROJETOS TECNOLÓGICOS Em minério de ferro e aglomeração Em carvão mineral e coque Em carvão de biomassa Em redução Em redução nos altos-fornos a coque Em mini altos-fornos a carvão vegetal Em processos de redução sólida Em processos emergentes de redução Em aciaria Em conversor LD/BOF Em forno elétrico a arco Em lingotamento e laminação Em produção direta de aço Em meio ambiente Em energia Em produtos Capítulo 3 PROPOSTAS DE PROGRAMAS TECNOLÓGICOS Lista de publicações do estudo... 37

6 Apresentação A empresa contemporânea, qualquer que seja a sua atividade, está inserida num cenário caracterizado, além dos fatores clássicos, pelo novo conteúdo do processo competitivo e pelos aumentos das demandas sociais e restrições ambientais. O novo quadro que se apresenta tem como contornos os seguintes elementos essenciais: O acirramento da competitividade será crescente e dominado pela capacidade inovadora das empresas e países; A inserção e permanência das empresas e dos países nos mercados será função das suas capacidades de controlar o fluxo inovador; O controle do fluxo inovador dependerá, predominantemente, da capacidade que empresas e países têm de transformar o conhecimento gerado em produto, de maneira eficiente e eficaz; As demandas sociais estarão, cada vez mais, incorporadas às agendas estratégicas das empresas e, por fim, As questões ambientais deverão ser objetos de continuado aperfeiçoamento, tanto no que se refere às suas soluções quanto naquilo que diz respeito à legislação específica. Neste contexto, é amplamente aceito que a perenização da empresa passe, necessariamente, pela ampliação da sua capacidade de inovar e, mais ainda, que ela seja capaz de manter o controle das inovações. Admite-se, como fato determinante do novo ambiente, que haverá uma transformação radical dos paradigmas do sistema produtivo, especialmente a mudança do conceito de invenção para inovação. Somem-se a isso as crescentes restrições ambientais, o que poderá colocar uma empresa em risco, dependendo da forma na qual o meio ambiente é considerado nas suas atividades industriais e nas suas relações comerciais. Mais ainda, os novos compromissos sociais das atividades produtivas são parte de um quadro geral que afeta a competitividade e a perenização de uma empresa. A forma na qual o processo competitivo evoluiu no último século estava baseada no aumento do diferencial de competição e na ampliação do mercado servido. Havia, no entanto, uma forte amarra à natureza dos processos produtivos, essencialmente lastreados nas disponibilidades de capital, matérias-primas, insumos e mão-de-obra baratos. Nos últimos 20 anos, esses pontos de ancoragem foram substituídos pelas novas forças de origem nas ações globalizadas, o que acirrou a competição, especialmente pelo valor estratégico que a tecnologia passou a ter, não sendo mais transferidas, como antigamente, entre as empresas concorrentes. Ocorre no mesmo período o surgimento, em altas taxas, das empresas baseadas na propriedade intelectual. Esses dois fatos a globalização e a participação crescente das empresas fundadas na maior utilização do conhecimento colocaram em cena um fator até então considerado em menor dimensão estratégica pela maioria das empresas: a necessidade do estabelecimento de processos eficientes e eficazes de inovação. Países classicamente considerados inovadores, como são os casos dos EEUU, Japão e aqueles da UE, e alguns emergentes China, Índia, Coréia, dentre outros perceberam, ao tempo em que aquelas modificações ocorriam (que era necessário) sob o risco da perda de espaço no mercado internacional, construir uma agenda para o desenvolvimento, cujo foco fosse a inovação. Perder o espaço no mercado significa, no âmbito de uma análise simplista, impedir, de certa forma, os avanços na direção do bem-estar da sociedade, indiretamente depositária final dos resultados dos desenvolvimentos ou dos lucros das empresas.

7 9 Como exemplo da importância da inovação como fator de competitividade, nos EEUU, em 2003, o Conselho de Competitividade criou o NII National Innovation Innitiative. Embora historicamente a inovação tenha sido uma das marcas da capacidade de competição americana, o quadro atual é tão acirrado que essa nova ação tornou-se vital para a manutenção do país nos diferentes mercados. Em resumo, encontra-se em curso a construção de um novo espaço de competição entre as empresas, cuja essência encontra-se na capacidade inovadora do setor ao qual pertencem, em particular, e do país onde se localizam, em geral. É neste contexto que estes documentos propositivos para a siderurgia [o presente, e o que acompanha este, o (Documento propositivo de ações político-institucionais para a siderurgia do Brasil CGEE p), sob a ótica do desenvolvimento tecnológico, foi preparado e, agora, apresentado. Ele representa o conjunto de ações que devem permitir à siderurgia brasileira se manter competitiva e sustentável. Mais ainda, a sua construção, caracterizada por uma visão democrática, imperiosa nestas situações, contou com a colaboração de representantes do governo, academia e empresas, num esforço que, sem dúvida, se não inédito, é uma demonstração dada à questão tecnológica por tantos quantos têm compromisso com o futuro da siderurgia brasileira. Cordialmente, LUCIA CARVALHO PINTO DE MELO Presidenta do CGEE FERNANDO COSME RIZZO ASSUNÇÃO Diretor do CGEE Supervisor do Estudo

8 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Lista de siglas e definições gerais (que está sendo concluída para o Documento) ABM Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração AF-CV Alto-Forno a Carvão Vegetal AHSS Advanced High-Strength Steel ARBL Aços de Alta Resistência e Baixa Liga ASTM American Society for Testing Materials BOF Blast Oxygen Furnace Campanha Tempo de operação de um equipamento CAPEX Capital Expenditure OPEX Operational Expenditure CCS Captura e estocagem subterrânea de CO 2 CIRAD Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement CSIRO Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CO 2 Dióxido de carbono C-Mn Carbono - Manganês Corex Processo para produção de ferro primário Corpo itabirítico Tipo de minério de ferro CVP Coque Verde de Petróleo DRI pirofórico Ferro de Redução Direta Pirofórico DRI/HBI Direct Reduction Iron/ Hot Briquetting Iron EOF Energy Optimized Furnace FEA Forno elétrico a arco Finex Processo para produção de ferro Hi-QIP High-Quality Iron Pebble Hismelt Direct Ironmaking Process HSLA High Strength Low Alloy Steel HSS High Strength Steel IABr Instituto Aço Brasil IDTbf Índice de desenvolvimento tecnológico base faturamento IDTbp Índice de desenvolvimento tecnológico base patentes IDTbr Índice de desenvolvimento tecnológico base receita ISP Inline strip production LD Linz Donawitz MgO Óxido de Magnésio NII National innovation initiative NNSC Near-net-shape-casting NUCOR Indústria siderúrgica P&D Pesquisa e Desenvolvimento PCI Pulverized Coal Injection Pelotas RD Pelotas de Redução Direta Pelotização Pelotização PIG Produtor Independente de Gusa HyL Hojalata y Lamina (Processo de Redução Direta) MIDREX Processo de Redução Direta SCBF Super Compact Blast Furnace USIBA Usina Siderúrgica da Bahia SA AISI-DS American Iron and Steel Institute- IFACON International Ferroaloy Congress

9 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil IRSID RD RHF RD-FEA SCBF Sínter Tecnored Ulcos VSP Institut de Recherche de la Sidérirgie Française Redução Direta Rotary Hearth Furnace Redução Direta - Forno Elétrico a Arco Super Compact Blast Furnace Aglomerado de Finos de Minério de Ferro obtido por Efeito Térmico Processo de Redução Ultra - Low CO2 Steelmaking Compact strip production

10 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Capítulo 1 CONTEXTUALIZAÇÃO 1 Decorridos mais de três milênios após a era do ferro, a siderurgia moderna ainda se utiliza dos processos carbotérmicos. Entretanto, isso, absolutamente, não significou ausência de geração de um expressivo número de avanços técnico-científicos no setor. Ao contrário, um grande número de inovações incrementais e radicais foi implementado, dando origem aos processos siderúrgicos mais eficientes, com maiores produtividades e de menores custos de fabricação e transformação dos aços. Aços com melhores desempenhos em serviço foram desenvolvidos, sempre na busca de respostas a um mercado continuamente mais exigente. Uma das características marcantes da siderurgia moderna é ser extremamente intensiva em matéria-prima, energia, capital, conhecimento e elementos ambientais, mantendo-se numa posição de vanguarda em volume de produção, relativamente aos demais materiais, com exceção apenas do cimento. O aço, por ser o material de engenharia mais versátil devido às suas amplas propriedades, constitui-se, na moderna economia, em matéria-prima de uma série de outras cadeias produtivas. A atividade siderúrgica tem se mostrado extremamente sensível aos fatores reguladores da dinâmica do mercado, alternando períodos de boom e de depressão, com rentabilidades muito dependentes das taxas de produção, da eficiência dos processos e da localização e economia de escala. Isso se deve, essencialmente, aos elevados capitais para implantação de suas unidades e à dinâmica de seus subsetores fronteiras, como o de transportes (automotivo e naval e ferroviário), construção civil, embalagens, petróleo, energia, insumos, meio ambiente, mineração etc. Com respeito aos aspectos tecnológicos do setor, em particular às atividades de PDE&I (Pesquisa, Desenvolvimento, Engenharia e Inovação), as seguintes forças motrizes sempre tiveram destaque no seu desenvolvimento: Novas demandas do mercado (exigências crescentes de qualidade e desempenho); Redução de CAPEX, para aumentar a competitividade dos processos; Redução de OPEX, pelo mesmo motivo anterior; Crescentes restrições ambientais; Melhorias na eficiência energética das operações; Esgotamento de jazidas minerais e perda de qualidade das matérias-primas. Neste particular, outra importante singularidade do setor siderúrgico está associada ao alto custo das suas inovações e, consequentemente, ao grande risco das empresas em manterem suas lideranças tecnológicas. Apesar disso, nos últimos 50 anos, desenvolvimentos tecnológicos de vulto se materializaram, como por exemplo, o advento dos conversores a oxigênio (LD/BOF), a expansão do refino secundário, a expressiva adoção do lingotamento contínuo e os grandes avanços nos projetos e operações dos altos-fornos, estes ligados às pesquisas radicais sobre congelamento e dissecação, todas tecnologias demandantes de elevadas somas e longos tempos de consolidação. Cabe ressaltar, no caso específico do lingotamento contínuo, o fato de ser exemplo emblemático de projeto multi-institucional, cujo sucesso se deveu a uma interação universidade/empresa bem concebida. O mesmo também se pode dizer em relação a algumas inovações na área de produtos, como, por exemplo, a criação dos aços ARBL, bifásicos etc. A atividade siderúrgica se caracteriza por atender à demanda de outros segmentos industriais ditos de fronteira, estes de natureza bem diversificada. Entre eles, têm destaque: a 1 Nota Técnica - Inovação Tecnológica; José C. D Abreu; dezembro de 2008; 31 pp.

11 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil construção civil, os setores automotivo, fundição, embalagens e recipientes, bens de capital, indústria do petróleo e utilidades (domésticas e comerciais). Como conseqüência, a padronização dos produtos siderúrgicos sempre foi fator de extrema importância para o atendimento do mercado do aço, tanto em quantidade quanto em qualidade. Outro aspecto diz respeito à interação da siderurgia primária com seus fornecedores de matérias-primas, em particular os setores de mineração de ferro e de carvão e coque (caso da siderurgia integrada que responde por 80% da produção de aço no Brasil), sempre considerada uma importante força-motriz do desenvolvimento tecnológico dos elos iniciais da cadeia produtiva do aço. No contexto da inovação tecnológica, não menos importante tem sido a capacidade da siderurgia de também se articular com três outros grandes setores, quais sejam: o de fabricação de equipamentos, o de consumo de aço (automotivo, petróleo, construção civil, embalagens etc) e o que trata das questões de meio ambiente e energia. No caso do Brasil, o grupo setorial mais a montante da cadeia siderúrgica, em especial o representado pela mineração de ferro, sempre se apresentou majoritariamente nacional e altamente concentrado, diferindo radicalmente dos demais representantes do grupo de fornecedores de insumos, em particular o de carvão mineral e coque estes, internacionais. Em relação aos grupos setoriais que se articulam intermediariamente com a cadeia siderúrgica, bem como os situados à jusante de seu fluxo produtivo, a siderurgia brasileira também tem uma situação muito particular, já que eles são representados, na sua grande maioria, por empresas multinacionais, destacadamente as do setor automotivo e de bens de capital. Essas interações são mostradas na Figura 1 - na qual se observam interações ao longo dos três grandes segmentos que estruturam a cadeia siderúrgica e ilustra a natureza dos diversos atores nas várias interações institucionais, indispensáveis à geração de inovações tecnológicas no setor. SETORES: Mineração de Ferro Carvão e Coque Sucatas Fabricantes de equipamentos Energia Meio-ambiente SETORES: Automotivo Embalagens Fundição Transporte Bens de Capital Utilidades Construção civil Petróleo INSUMOS PROCESSOS Extrativo / Refino / Transformação Cadeia Siderúrgica PRODUTOS Figura 1. Interações da cadeia siderúrgica: setores fronteira Apesar de sua maturidade, o setor siderúrgico sempre foi reconhecido como um dos mais ativos e dinâmicos no que se refere à atividade técnico-científica, na qual busca, dia a dia, melhorias de competitividade e sustentabilidade para suas empresas, criando um movimento de pesquisa aplicada com o objetivo de desaguar em inovações de processos e produtos. No caso da área de desenvolvimento de processos, a Figura 2 ilustra, com o exemplo da área de produção de ferro primário, como é tratado o fator amadurecimento tecnológico, deixando claro o caráter dinâmico da siderurgia.

12 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Figura 2. Maturação tecnológica dos processos de produção de ferro primário Com respeito à Figura 2, deve ser ressaltada a posição da tecnologia inovadora brasileira Tecnored (localizada no início do estágio de consolidação técnica/comercial), relativamente às suas concorrentes internacionais mais expressivas, ou seja, os processos Hismelt, RHF e Finex, estas já transitando neste estágio há pelo menos 3 anos, o que as faz ocupar uma posição mais adiantada na escala de maturação tecnológica. Da mesma forma, cabe destacar a tecnologia nacional do mini alto-forno a carvão vegetal, que se encontra posicionada no final deste mesmo estágio, por estar suficientemente testada. Outro fato merecedor de destaque na figura refere-se ao próprio alto-forno a coque, o qual recentemente (no ano de 2000) foi considerado um processo já em estágio de declínio tecnológico eminente. Como a partir de 2002 este equipamento passou a demonstrar uma capacidade inovadora surpreendente, isto o fez sair da posição incômoda em que se encontrava, recolocando-o no início do estágio de maturidade tecnológica. Como consequência, passou a ser denominado Alto-Forno Moderno, devido à agregação de uma série de propostas inovadoras, constituindo-se num caso exemplar de dinamismo tecnológico na siderurgia. Como já mencionado, as inovações na área de produtos, em particular nos setores de planos revestidos e longos especiais, dependem marcadamente das interações e cooperações à jusante da cadeia siderúrgica, notadamente com os consumidores mais sofisticados de aço, como é o caso da indústria automotiva, embalagens e recipientes e a indústria do petróleo. No caso brasileiro, tais inovações têm visado, principalmente, à melhoria de aços já existentes e não a uma atuação que conduza às inovações radicais, estas sim, voltadas para a concepção e fabricação de novos aços. Além disso, estes setores-clientes da siderurgia nacional nunca priorizaram explicitamente a importância dessas interações. No exterior, um exemplo clássico de sucesso de interação foi o projeto ULSAB (Ultra Light Steel Auto Body), nascido da cooperação das usinas com o setor automotivo. No caso brasileiro, como nenhuma iniciativa tecnológica radical foi recentemente empreendida, a não ser algumas pesquisas para melhoria

13 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil de produtos, pode-se antecipar que o país ainda deverá permanecer tecnologicamente a reboque em relação às grandes inovações de ruptura neste campo. Devido à complexidade da cadeia siderúrgica, em particular no que se refere aos grandes equipamentos e suas responsabilidades diretas na garantia do fluxo contínuo de produção, a geração de inovações tecnológicas radicais no segmento de processos sempre foi de longa maturação. No século XX, os casos mais expressivos foram à industrialização dos conversores a oxigênio e a implantação do lingotamento contínuo. Neste segmento intermediário da cadeia produtiva do aço, as inovações tecnológicas (como mencionado) sempre foram função da capacidade das indústrias siderúrgicas se articularem com os setores fronteira, em especial os fabricantes de equipamentos o que tornaria, no caso brasileiro, o processo de desenvolvimento muito dependente de empresas multinacionais; e, no exterior, ao contrário, facilitado. É o caso, por exemplo, dos processos de fabricação direta do aço e dos processos de lingotamento contínuo para pequenas espessuras, em desenvolvimento atualmente no exterior. No Brasil, um exemplo marcante de desenvolvimento foi o mini alto-forno a carvão vegetal, processo reconhecido internacionalmente por sua vantagem ambiental. Mais recentemente, o país apresentou à comunidade siderúrgica o processo emergente Tecnored de auto-redução, nascido de uma longa e bem sucedida cooperação universidade/empresa (PUC-Rio/Tecnólogos), cujo desenvolvimento vem se mantendo ativo desde os anos Outro ponto da atividade siderúrgica muito sensível à inovação e, portanto, merecedor de grande atenção e priorização, diz respeito às áreas de meio ambiente e energia. A siderurgia é sabidamente uma atividade geradora de grandes quantidades de resíduos sólidos e de expressivas emissões gasosas e líquidas, além de grande consumidora de energia. Por outro lado, também é reconhecida como uma área vanguardista no que se refere às atividades de tratamento, recuperação e reciclagem destes rejeitos e emissões. De uma maneira geral, dos cerca de 550 kg de resíduos sólidos gerados por tonelada de aço produzido (usinas integradas), as siderúrgicas já recuperam (e reciclam) aproximadamente 98% destes materiais, sendo algumas empresas brasileiras consideradas benchmarking neste campo, com índices superiores aos de várias usinas estrangeiras. No que se refere às emissões gasosas, embora as dioxinas e furanos já possam ser controladas, a taxa de geração de CO 2, atualmente numa faixa de a kg/t aço (usinas integradas) e de 450 a 600 kg/t aço (usinas semi-integradas), ainda constitui um grande desafio e motivo de preocupação para o setor. Por estarem intimamente ligadas ao fator energético, todas as iniciativas mundiais de geração de inovações tecnológicas para mitigação do CO 2 tem focado, de forma simultânea, a diminuição do consumo energético específico (17 a 19 GJ/t aço usinas integradas e 8 a 10 GJ/t aço usinas semi-integradas). Atualmente, os programas que se encontram em estágios mais avançados relativamente a este tema são os internacionais, com destaque para os projetos nacionais de natureza multi-institucional da CE (Comunidade Européia, Projeto Ulcos) e o japonês (Projeto 50% CO 2-50% Energia), os quais estão ativos há 4 e 9 anos, respectivamente. No Brasil, nenhuma articulação foi, ou está sendo, implementada em relação a este assunto, que possa culminar em um projeto de envergadura. O que se observa são algumas poucas ações isoladas, limitadas a grupos da academia que buscam acompanhar e monitorar a evolução dos dois principais projetos internacionais. A título de ilustração, características de consumo energético e emissão de CO 2 em algumas cadeias siderúrgicas são representadas:

14 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Matéria prima Alto-forno Conversor LD / BOF Lingotamento contínuo Laminação e Acabamento GJ/tp GJ/tp Matéria prima Forno Elétrico a Arco Lingotamento contínuo Laminação e Acabamento 8 10 GJ/tp Matéria prima Redução Direta Forno Elétrico a Arco Lingotamento contínuo Laminação e Acabamento GJ/tp Matéria prima COREX ( SR ) Converssor LD / BOF Lingotamento contínuo Laminação e Acabamento 18,5 29 GJ/tp Matéria prima Alto-forno (Mini) Conversor LD / BOF Lingotamento contínuo Laminação e Acabamento GJ/tp Diagrama 1. Energia requerida por cadeias siderúrgicas Matéria prima Alto-forno Conversor LD / BOF kg / tp Matéria prima Forno Elétrico a Arco kg / tp Matéria prima Alto-forno (Mini) CO 2 é reciclado como biomassa Diagrama 2. Emissões de CO 2 em algumas cadeias siderúrgicas Nos países desenvolvidos, os mecanismos por trás das grandes inovações siderúrgicas têm se sustentado, cada vez mais, na capacidade de articulação em torno de projetos de natureza multi-institucional, executados em laboratórios acadêmicos e/ou empresariais. Tais projetos, essencialmente temáticos, têm sido definidos tomando-se por base dados legitimados e acompanhados por uma série de fóruns (agências de governo e associações técnico-científicas), com seus orçamentos custeados de forma conjunta pelos parceiros, em geral cotizados entre os órgãos de fomento governamentais e as contrapartidas das empresas que aderiram ao projeto. Tendo em vista a estrutura atual do setor siderúrgico brasileiro (hoje integralmente privatizado e contando com uma boa capacitação profissional e razoável infraestrutura laboratorial na academia e nos centros de pesquisas), podendo ainda contar com os apoios de órgãos governamentais específicos e de institutos e associações técnico-científicas (IABr, ABM), os chamados projetos estratégicos nacionais (de cunho temático e multi-institucional) já deveriam estar estabelecidos no país, paralelamente à realização de algumas outras indispensáveis iniciativas de fomento, dirigidas no sentido de se:

15 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Reativar o setor das empresas de consultoria e engenharia; Modernizar a infraestrutura de pesquisa aplicada; Reforçar os programas de formação de recursos humanos. No Brasil, a siderurgia teve seu primeiro grande movimento tecnológico com a implementação do Plano Decenal de Siderurgia, referente à expansão da capacidade instalada de aço, no período Baseado essencialmente na importação de tecnologias, cedo se percebeu a importância dos programas de transferência, absorção, adaptação e geração de tecnologia, envolvendo principalmente a criação dos chamados centros de pesquisa cativos (pertencentes às empresas) e o estímulo à atuação das empresas de engenharia e consultoria, estas contando com o suporte e a infraestrutura das universidades e dos centros de pesquisa autônomos (governamentais e privados). Contando com programas bem concebidos, foi então gestada e desenvolvida uma capacitação siderúrgica importante para o país, tanto em nível de geração de recursos humanos de alto nível, quanto de implantação de uma moderna infraestrutura de pesquisa. A capacitação siderúrgica foi planejada para realizar, numa primeira etapa, as atividades de absorção e modificação/adaptação das tecnologias adquiridas e, numa etapa seguinte, o estágio de geração tecnológica esta, a fase mais nobre. Neste cenário, concebido e concretizado via uma política objetiva de desenvolvimento técnico-científico e industrial, o país evoluiu significativamente. A siderurgia nacional, em particular a integrada, conseguiu tirar grande proveito destes programas, havendo (conforme registrado nos relatórios da então Siderbras) um razoável número de patentes requeridas pelas empresas siderúrgicas, embora fossem na sua maioria de melhoria operacional incremental dos desempenhos de máquinas e equipamentos das linhas de produção. O período subsequente, compreendido entre 1985 e 1994, ficou conhecido no país como a década perdida, inclusive na siderurgia. O desmantelamento da estrutura de PDE&I, caracterizada pela desmobilização integral da competência e da estrutura tecnológica então existente, marcou de forma profunda a siderurgia brasileira, que voltou a depender mais intensamente das capacitações técnicas do exterior. Recentemente (1999), com a criação de uma nova base nacional para a sustentação e manutenção das atividades tecnológicas (Fundos Setoriais e legislações específicas), a siderurgia não se viu, porém, considerada de forma explicita como um setor estratégico para o país, ficando de fora das ações e apoios diretos vindos desta estrutura recém criada. Assim, somente uns poucos canais de comunicação do setor siderúrgico com estes novos instrumentos de fomento se mostraram viáveis, em particular os que se realizam por meio das áreas de energia, carvões, softwares e meio-ambiente. Consequentemente, a siderurgia só tem conseguido ter as suas demandas de P&D atendidas e acolhidas pelo chamado Fundo Setorial Verde-Amarelo, o que na prática tem restringido significativamente a aprovação das propostas apresentadas pelos pesquisadores que atuam no setor siderúrgico. Adicionalmente, a recente regulamentação (Decreto 5663/2005) da Lei de Inovação (Lei /12/2004), prevendo a concessão de recursos sob a forma de subvenção econômica (recursos do FNDCT a fundo perdido, com contrapartida) e de financiamento ou participação societária, passou a viabilizar, na prática, a implementação de algumas iniciativas de maior relevância. Este cenário veio a se complementar com a Lei do Bem (Lei , alterada pela Lei de ). No caso da siderurgia brasileira, grande destaque internacional vem sendo dado à tecnologia dos mini alto-fornos a carvão vegetal, isto se devendo, essencialmente, a possibilidade do uso de biomassas como termo-redutor, o que a torna ambientalmente amigável. A viabilização econômica e a sustentabilidade ambiental das atividades de

16 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil reflorestamento e de manejos florestais, bem como a exeqüibilidade técnica dos processos de carbonização, com possibilidades de uso e recuperação de subprodutos, ainda constituem, entretanto, desafios para este segmento tecnológico. Cabe ressaltar, porém, que o país já possui exemplos bem sucedidos de explorações sustentáveis de florestas energéticas, assim como de uso de biomassas alternativas ao carvão florestal, como é caso, por exemplo, do carvão produzido a partir do capim elefante e do babaçú, os quais usam tecnologias de carbonização integralmente desenvolvidas no país. O setor siderúrgico brasileiro experimentou, recentemente (até novembro de 2008), um período de grande capitalização. Apesar disso, também é possível se constatar, pelo exame de indicadores 2, que a partir das privatizações e do processo de formação dos conglomerados / fusões (1999), o país de fato apresentou retrocesso nas atividades de inovação tecnológica na siderurgia, isto acontecendo em praticamente todos os elos da cadeia. Este fato se apresenta bem caracterizado pelo reduzidíssimo registro de patentes, sendo isto, por seu lado, claramente conseqüente dos baixos investimentos direcionados às atividades de P&D, os quais, por seu turno, se explicam pelo desmonte que a infra-estrutura voltada para esta atividade sofreu neste período, em particular as desmobilizações dos Centros e Núcleos de pesquisas das empresas. Assim, estes indicadores mostram que: Ficou nítido o retrocesso das atividades de P&D na siderurgia brasileira a partir de 1985, quando se usam os indicadores IDTbr, IDTbf e IDTbp. Em relação a eles, temse: IDTbr 3 : valor típico 0,5% (usinas integradas) Brasil: 0,29% (1992); 0,035% (2007) Exterior: Japão 1,8%; Coréia do Sul 1,2%, Alemanha 1,0% IDTbf 4 : Brasil: 0,33 U$/t (2007) Exterior: 9,51 U$ / t (NSC); 14,47 U$ / t (Kawasaki); 11,48 U$ / t (Kobe) IDTbp 5 : valor típico 0,3 M t aço / patentes Brasil: 0,38 Mt / país ( ); 1,40 Mt / país ( ) Valores extremos: Usina A: 0,28 Mt / patentes ( ); Usina B: 5,18 Mt / patentes ( ) O indicador IDTbi, referente a proporção dos recursos aplicados em P&D, relativamente ao investimento total realizado no setor, é ainda considerado baixo no Brasil, tendo em vista os valores 0,35% ( ) e 0,43% (2007). Para os 6 anos do período , foi previsto um IDTbi médio de cerca de 0,40% na siderurgia brasileira (menor que 2007), correspondente a aplicação de cerca de 78 milhões de dólares ao longo deste período. 2 Nota Técnica - Inovação Tecnológica; José C. D Abreu; dezembro de 2008; 31 pp. 3 IDTbr - Índice de Desenvolvimento Tecnológico base receita = investimento em pesquisa (US$)/receita (US$) 4 IDTbf - Índice de Desenvolvimento Tecnológico base faturamento = investimento em pesquisa/produção (toneladas) 5 IDTbp - Índice de Desenvolvimento Tecnológico base patentes = M toneladas de aço/ patentes registradas

17 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Capítulo 2 PROPOSTAS DE PROJETOS TECNOLÓGICOS Tendo em vista o cenário apresentado e os principais mecanismos que têm impulsionado o processo de geração de tecnologia no setor siderúrgico, bem como algumas inovações relevantes implementadas nos anos recentes e, ainda, as especificidades brasileiras em cada elo da cadeia siderúrgica, a seguir serão apresentadas propostas em duas vertentes de ações, visando preparar o setor para os eventuais impactos tecnológicos no horizonte do Estudo. A primeira, na forma tradicional, apresenta um elenco de projetos e ações; e, segunda, na forma de programas, essencialmente os de natureza institucional e de articulação em redes temáticas - que definirão os chamados projetos nacionais. 2.1 Em minério de ferro e aglomeração 6 Considerando os desenvolvimentos abaixo, implementados nos últimos anos: Sínteres básicos autofundentes e de alta redutibilidade; Pelotas básicas com MgO; Pelotas RD com colagem e inchamento padrões; Processos de concentração de minério de ferro por flotação em coluna; Rolling press na pelotização; Adição de carvão em pelotas cruas; Minisinterizações contínuas; Reciclagens por aglomeração a frio; Assim como as seguintes especificidades brasileiras: Tendência de maior finura dos minérios lavrados nos corpos itabiríticos do quadrilátero ferrífero; Geração de finos (tailings) e tendência a produzir DRI pirofórico, pelos minérios de Carajás; Descontinuidade na produção de granulados, prevista para a próxima década; O real aumento dos teores de fósforo e alumina em importantes depósitos de ferro do quadrilátero ferrífero; A siderurgia integrada brasileira tem seus altos-fornos projetados para um rate de carga formado em grande parte por sínter; Menor emissão média de CO2 nas unidades de pelotização (100 kg/t pelota) do que nas de sinterização (230 kg/t sínter); Reconhecido domínio dos mecanismos de aglomeração a frio de finos de minério e de resíduos ferrosos, por grupos nacionais; Importância da fase especularita nos mecanismos de pelotização de finos de minério. 6 Minério de Ferro e Pelota - Tendências para 2025; José Murilo Mourão, São Paulo, 23 de junho de 2008; 48 pp.

18 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil O Estudo propõe para o tema minério de ferro e aglomeração, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Implementar as tecnologias emergentes nacionais de aglomeração a frio de finos, atendidas as exigências dos processos siderúrgicos (Tecnored, Interferro etc); Estimular estudos fundamentais acerca da mineralogia das fases alumina e fósforo nos minérios de ferro e as reais possibilidades de sua extração por processos de concentração, em particular a flotação; Apoiar os grupos de pesquisa voltados para o estudo e produção de pelotas com contaminantes autofluxados; Implementar estudos com vistas à otimização dos mecanismos de micropelotização de finos nas misturas para sinterização; Apoiar as investigações objetivando à substituição de particulados de coque por finos de carvão de biomassas na sinterização; Dar suporte às pesquisas sobre a otimização do binômio especularita/processo de pelotização. 2.2 Em carvão mineral e coque Considerando as seguintes implementações tecnológicas recentes: Processos de apagamento a seco do coque; Coquerias sem subprodutos (no recovery e heat-recovery); Uso de materiais carbonosos nas misturas de carvões para as coquerias; Incremento do PCI em altos fornos, via carvões minerais não-coqueificáveis; Técnicas bem sucedidas de remediação ambiental nas regiões de lavra dos carvões de Santa Catarina. E as seguintes características setoriais no país: Implantação de novas unidades de coqueificação via importação de tecnologia; Integral suprimento (pelo exterior) de carvão siderúrgico e de parte do coque; Descontinuidade na pesquisa mineral de ocorrências de carvão mineral no território brasileiro 7 ; Perfil geológico e econômico desfavorável da ocorrência barro branco, então explorada para produção de carvão siderúrgico (baixa recuperação, elevado teor de cinzas e alto enxofre); Estudos do carvão mineral da região sul tem mostrado sua viabilidade para o processo de injeção pelas ventaneiras (PCI); 7 Nota Técnica: Carvão Mineral e Coque Viabilização do Carvão Brasileiro; Eduardo Osório, Antônio C. C. Vilela, Carlos Hoffmann Sampaio; Junho 2008, 17 pp.

19 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil O complexo de concentração do carvão mineral de Santa Catarina (Lavador de Capivari), encontra-se desativado e desmobilizado; e Existem perspectivas reais de aumento da produção de coque verde de petróleo (CVP) de baixo enxofre, pelas usinas de refino de petróleo nacionais. O Estudo propõe para o tema carvão mineral e coque, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Apoiar às investigações de caráter multi-institucional (projeto nacional), englobando as atividades de pesquisa mineral, tratamentos de concentração e usos do carvão; Investigar a real possibilidade de uso do carvão mineral nacional e do coque verde de petróleo, como aditivos nas misturas de carvões para as coquerias; Implementar pesquisa aplicada sobre as caracterizações amplas do CVP e do carvão mineral nacional, visando consolidar seus usos como PCI; Fomentar estudos de gaseificação do carvão mineral nacional em leito fixo e fluidizado, visando à sua aplicação nos vários elos das cadeias e rotas siderúrgicas alternativas (RD, Tecnored etc); Pesquisar a possibilidade de emprego do carvão mineral nacional e do CVP como material carbonoso de adição na produção de pelotas verdes; e como combustível, nos fornos de pelotização; e Investigar o uso do carvão mineral nacional e do CVP como agentes autoredutores em aglomerados a frio produzidos pelas tecnologias emergentes nacionais. 2.3 Em carvão de biomassa Tendo em vista a abrangência do termo carvão de biomassa, por envolver a possibilidade de produção de sólidos carbonosos a partir da desvolatilização em alta temperatura de quaisquer materiais de origem vegetal, as propostas a seguir enfatizarão o carvão de origem florestal (comumente denominado carvão vegetal), o de gramíneas (capim elefante), o de babaçú e o carvão de rejeitos agrícolas. Assim, considerando que: O Brasil possui regiões consideradas privilegiadas sob o ponto de vista de insolação e de intensidade de fotossíntese; Existe suficiente conhecimento biológico, genético e agronômico acerca de espécies vegetais bem adaptadas ao país, como o eucalipto, capim-elefante, babaçú e rejeitos, como o sabugo de milho 8 ; Apesar das tecnologias de carbonização em retorta já estarem dominadas, ainda prevalecem no país práticas de fabricação de carvão de biomassa em fornos rudimentares, de baixo rendimento energético e sem qualquer aproveitamento de subprodutos; 8 Nota Técnica: Biomassa para a siderurgia Ronaldo Santos Sampaio; Junho 2008; 16 pp.

20 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil O Brasil possui suficiente capacitação e domínio sobre as atividades ligadas ao reflorestamento, manejo florestal e culturas como a da gramínea capim-elefante e da espécie nativa babaçu, bem como do agro-negócio envolvendo o milho; De acordo com notícias oficiais, mais de 50% do carvão vegetal é produzido de maneira ilegal no país; O custo do carvão vegetal produzido a partir do reflorestamento ainda é alto, sendo, nas condições normais de mercado internacional, superior aos dos coques nacional e importado. O Estudo propõe para o tema carvão de biomassa, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Apoiar pesquisa aplicada de natureza multi-institucional (Projeto nacional), envolvendo a criação das plantações energéticas, com foco na produção de carvões vegetais ambientalmente sustentáveis; Incentivar pesquisa sobre os processos de carbonização sob pressão e criação de instrumentos de vigilância tecnológica sobre experimentações similares em âmbito internacional (CIRAD, CSIRO etc); Reavaliação técnico-econômica das tecnologias nacionais de fabricação dos carvões vegetal, de capim-elefante e do babaçu, e seus desdobramentos à jusante (briquetagem, caracterizações, usos como finos e aproveitamento de co-produtos); Financiar pesquisa de monitoração in situ do balanço de CO 2 ; Criar linhas de fomento para investigações sobre a carbonização de rejeitos agrícolas e seus usos na siderurgia (redução e aciaria). 2.4 Em redução Em redução nos altos-fornos a coque Considerando implementações importantes na evolução dos altos-fornos a coque, como: Os novos conhecimentos advindos do congelamento e dissecação dos altosfornos a coque implementados pelo Japão; As injeções de carvão, gás natural, óleo, plásticos etc. pelas ventaneiras dos altosfornos (co-injeção e PCI); A granulação de escória (um co produto); O aproveitamento energético do gás de topo (co-geração); O aumento de produtividade, pela existência da instrumentação e automação, e sistema de distribuição de carga (Bell-less top); O aumento das campanhas (maior que 20 anos): melhoria dos revestimentos refratários, uso de painéis (staves), controle do desgaste dos cadinhos; Melhoria operacional dos regeneradores: domos (double layer; aços resistentes à SCC);

21 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Melhoria no controle de qualidade dos coques e introdução do conceito de small coke; E, adicionalmente, as seguintes características brasileiras: O setor é uma referência mundial na operação de altos-fornos a coque alguns considerados benchmarking; É modelo de siderurgia majoritariamente concentrado em usinas integradas ( 80% ); Existência de altos-fornos a coque projetados para um mix de carga, constituída principalmente por sínter; Opera com altos índices de tratamento e reciclagem de resíduos e emissões; Em construção, novos altos-fornos a coque no país, utilizando tecnologia e projeto importados; Inexistência de qualquer programa estratégico para o domínio das tecnologias transferidas (por absorção e adaptação) e, consequentemente, de autonomia tecnológica (geração). O Estudo propõe para o tema redução nos altos fornos a coque, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Apoiar as linhas de investigação voltadas à modelagem matemática e física do processo de produção de gusa em alto-forno a coque; Fomentar o estudo de modelagens para scale-up, voltado para a absorção e adaptação da tecnologia do alto-forno; Incentivar as pesquisas relativas ao aumento do uso de small coke, de redução do consumo de água e do aumento da quantidade de pelotas na carga dos altos-fornos a coque; Apoiar os setores de instrumentação, visando à aplicação e ao desenvolvimento de sondas para o controle dinâmico do processo do alto-forno a coque; Apoiar as pesquisas e as atividades de vigilância tecnológica do processo de reciclagem do gás de topo e de operações com altos índices de enriquecimento de oxigênio no sopro; Fomentar investigações e a vigilância tecnológica internacional sobre as pesquisas inovadoras de captura e estocagem subterrânea de CO2 (CCS technology); Promover pesquisas sobre a utilização de aglomerados auto-redutores no mix de carga dos altos-fornos a coque e manter vigilância tecnológica sobre a proposta inovadora do SCBF (Super Compact Blast Furnace); Criar linhas de fomento em pesquisa básica focada na otimização cinética das etapas do processo de redução dos minérios de ferro hematíticos e magnetíticos brasileiros, inseridas no contexto da nanotecnologia.

22 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Em mini altos-fornos a carvão vegetal Constitui campo em que a presença brasileira é original e marcante, mas com baixo nível de investimento e ainda pouco reconhecido como um diferencial tecnológico de grande potencial no contexto sócioambiental. Sua atuação se faz por meio de modelos de empreendimento nas formas de PIG (Produtores Independentes de Gusa) e na forma das clássicas rotas que caracterizam as usinas integradas. Considerando que: Os altos-fornos a carvão vegetal constituem inovação genuinamente nacional, com engenharia plenamente dominada e tecnologia ambientalmente sustentável 9 ; Tem surgido, em âmbito mundial, iniciativas e movimentos na direção da ocupação do solo brasileiro para plantio de florestas energéticas, devido a existência de regiões (como o Piauí e Maranhão, principalmente) com alta incidência solar e grande potencial de fotossíntese; O país possui empreendimentos siderúrgicos integrados a carvão vegetal, em pleno funcionamento, utilizando tanto a rota alto-forno a carvão vegetal (LD e BOF) como a alto-forno a carvão vegetal e forno elétrico a arco; Já existem tecnologias e práticas operacionais que garantem elevados índices de tratamento e recuperação dos resíduos gerados pelos altos-fornos a carvão vegetal; Já se encontram desenvolvidos e disponíveis no país unidades compactas de sinterização e de sistemas de injeção adaptáveis à cadeia produtiva dos altosfornos a carvão vegetal; O Estudo propõe para o tema mini altos-fornos a carvão vegetal, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Apoiar as pesquisas aplicadas de natureza multi-institucional (projeto nacional), envolvendo a utilização das técnicas de resfriamento e dissecação em altos-fornos a carvão vegetal; Incentivar a consolidação das empresas de consultoria e engenharia detentoras da tecnologia do AF-CV (alto-forno a carvão vegetal); Financiar a implementação de complexos produtivos baseados nas rotas altoforno a carvão vegetal (LD BOF) e alto-forno a carvão vegetal e forno elétrico a arco, apresentados como modelos siderúrgicos integrados (ambientalmente sustentáveis) e resultados da evolução tecnológica dos atuais produtores independentes de gusa brasileiros; Apoiar estudos visando à recuperação e ao reuso dos particulados gerados nos altos-fornos a carvão vegetal (incentivo às tecnologias nacionais Interferro e Tecnored); Fomentar investigações relacionadas ao uso das escórias de altos-fornos a carvão vegetal. 9 Nota Técnica Uso do Carvão Vegetal em Mini Altos-fornos; Ronaldo Santos Sampaio, São Paulo, junho de 2008; 11 pp.

23 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Em processos de redução sólida Em termos de quantidade de ferro-esponja (DRI/HBI) produzido mundialmente, dois processos de RD se sobressaem: processo MIDREX (65%) e processo HyL (30%). Os demais respondem apenas pelos restantes 5%. Os DRI/HBI (por serem produtos com baixo teor de contaminantes solubilizados na matriz do ferro metálico) constituem-se, com o gusa, nas fontes mais importantes de ferro primário (virgin iron), o que possibilita a produção de aços de qualidade superior nos FEA (clean steels). Considerando que: O Brasil é importante fornecedor de pelotas RD para o mercado internacional; No Brasil a utilização da rota RD-FEA é praticamente inexistente, estando sua única usina atualmente desativada (processo HyL, USIBA da Gerdau); O país tem possibilidade real de aumentar sua oferta de gás natural, acompanhando o aumento da produção de petróleo; Existe, no mercado interno, uma suficiente disponibilidade de gusa por parte dos PIG e a expectativa de não haver falta de sucata na próxima década 10 ; Cresce internacionalmente os investimentos em usinas de RD; Os processos de RD com gases de processo mais ricos em hidrogênio, tem sido alvo de investigações em importantes programas multi-institucionais no exterior. O Estudo propõe para o tema processos de redução sólida, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Incentivar estudos técnico-econômicos dos processos MIDREX e HyL, com descarregamento direto de DRI à quente nos FEA, visando às suas viabilidades nas regiões litorâneas de São Paulo, Rio de Janeiro e Espírito Santo; Fomentar parcerias universidade/mineradoras nacionais visando às pesquisas experimentais de calibração e de modelagens matemáticas a respeito da produção de DRI/HBI com alto teor de carbono (> 4%) e das reações de self-reforming catalisadas pelo ferro metálico; Apoiar as modelagens matemáticas dos processos de RD avançados em reatores de cuba, em particular de redução com altos teores de hidrogênio e tecnologia CCS; Implementar atividades de vigilância tecnológica dos processos internacionais em desenvolvimento, tendo como meta a minimização da emissão de CO Em processos emergentes de redução 11 Duas linhas em desenvolvimento se destacam: a auto-redução e a fusão-redutora. Por visarem à produção de gusa ou produtos metálicos similares (nuggets e pebbles), os processos emergentes são propostas alternativas ao alto-forno, em particular ao alto-forno a coque. 10 Nota Técnica: Mercado e Produtos; Boaventura Mendonça d Ávila Filho; Setepla - julho de 2008; 46 pp. 11 Nota Técnica: Inovação Tecnológica José C. D Abreu; dezembro 2008; 31 pp. 13 Nota Técnica: Aciaria LD; André Luiz V. da Costa e Silva; junho de 2008; 13 pp.

24 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Enquanto alguns já deram início em suas unidades comerciais (Corex e Finex), outros ainda se encontram em fase de demonstração de suas tecnologias IDPs (Tecnored, Hismelt, RHFs, Hi- QIP). Considerando que: Os processos emergentes invocam (como atrativo) menores CAPEX e OPEX do que os altos-fornos a coque; O Brasil vem se mantendo na vanguarda da tecnologia de auto-redução, por meio do desenvolvimento do processo Tecnored; Os investimentos internacionais, nas pesquisas dos processos alternativos ao alto-forno a coque, continuam em nível elevado, em particular na Austrália, no Japão e na Europa; Já surgem discussões a respeito da viabilidade dos chamados processos carbon less e carbon free, na siderurgia; Os processos COREX, na África do Sul, e Finex, na Coréia (empresa Posco) e China, têm apresentado resultados preliminares considerados animadores pelos responsáveis por suas tecnologias, nas escalas comerciais já implementadas; Os processos emergentes têm sido concebidos visando eliminar as etapas de aglomeração do minério de ferro e de coqueificação, ambas inerentes à rota do alto-forno a coque com isso permitindo o uso generalizado de minérios finos e de carvões não coqueificáveis; O Estudo propõe para o tema processos emergentes de redução, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Apoiar o desenvolvimento dos processos Tecnored e Interferro, tecnologias inovadoras e genuinamente brasileiras, no que tange aos estudos básicos da aglomeração a frio, das reações de auto-redução, de suas modelagens matemática e física, das técnicas de scale-up dos reatores e dos tipos de aglomerados auto-redutores; Fomentar as investigações sobre as reações básicas de fusão-redução e suas modelagens matemáticas; Promover a vigilância tecnológica acerca da evolução dos processos RHF(s) e Hi-QIP, devido às suas características auto-redutoras, e os processos bath smelting COREX, Finex, Cyclone e Hismelt. 2.5 Em Aciaria Em conversor LD/BOF Este equipamento, na condição de parte integrante da rota do alto-forno, foi originalmente projetado para utilizar alta proporção de gusa líquido (80-85%) na composição de sua carga, ser um processo energeticamente autógeno e realizar o refino oxidante (desfosforação e descarburação) do banho líquido. O refino secundário, adotado na década de 1980, se propôs a realizar, em seguida e em reator separado, o acerto final da composição do aço e as operações de dessulfuração e desoxidação em ambiente redutor.

25 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Considerando que: Importantes desenvolvimentos permitiram significativa evolução dos conversores LD/BOF, tais como: - Configurações de sopro topo fundo 13 ; - Utilização de gás natural nas ventaneiras de fundo; - Modelagem matemática e o controle dinâmico do processo; - Uso de slag splashing para aumento das campanhas (> corridas); - Aperfeiçoamento dos projetos das lanças; - Pós-combustão interna no reator. A utilização de maiores taxas de pós-combustão tem viabilizado (no exterior) uma maior participação da sucata no mix de carga (30-40%) do conversor LD/BOF; Dos dois tipos de lamas extraídas no sistema de limpeza de gases, apenas a fração fina, devido aos teores de zinco, ainda necessita ter sua reciclagem viabilizada; As escórias de aciaria LD/BOF fazem parte do contexto do grupo de trabalho coordenado pela ABM (Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração), dedicado ao estudo da normalização do uso de escórias de aciaria; É crescente o potencial de utilização da variante tecnológica EOF (Energy Optimized Furnace). O Estudo propõe para o tema conversor LD/BOF, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Apoiar as linhas de pesquisa visando à recuperação de zinco das lamas finas do sistema de limpeza de gases; livre); Incentivar as pesquisas visando reduzir a expansibilidade das escórias (cal Desenvolver estudos e pesquisas referentes ao potencial de desfosforação na emulsão escória-banho metálico, atendidas as condições operacionais do conversor LD/BOF; Fomentar a linha de pesquisa relativa à modelagem matemática dos processos de refino primário e secundário, com vistas à instrumentação, controle dinâmico do processo e implementação do sistema EOF; Apoiar o desenvolvimento de técnicas de incorporação contínua de aditivos em escórias líquidas, visando à geração de produtos para uso agrícola e em pavimentação Em forno elétrico a arco Como representantes mais importantes da rota tecnológica das siderúrgicas semi-integradas, os FEA (Forno Elétrico a Arco) se propõem a realizar as etapas de fusão da carga sólida e subseqüente refino primário (descarburização e desfosforação), via a injeção significativa de oxigênio (40 Nm 3 / t aço). Para tanto, estes reatores tem apresentado índice de consumo de energia elétrica em torno dos 400 kwh / t aço, com tendência a diminuí-lo (360 -

26 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil kwh / t aço), em face da incorporação de mais energia química complementar no processo (injeções de combustíveis e oxigênio: 25 kg C / t aço, e até 70 Nm 3 de oxigênio/ t aço). Considerando que: A rota de produção de aço via o FEA tem aumentado sua participação em termos mundiais, em razão do seu menor CAPEX, da aceitação mais generalizada do conceito de mini-mills (produção de placas) e de seu input cada vez maior de energia química no processo; No Brasil, as usinas semi-integradas têm mantido uma participação em torno de 20% da produção nacional de aço 14 ; O FEA tem apresentado contínua melhoria em sua eficiência energética e produtividade (tap-to-tap); Os sistemas de pré-aquecimento de sucata têm sido aperfeiçoados, contribuindo para um menor consumo de energia elétrica no processo, em virtude do aproveitamento de parte do calor sensível contido nos gases de exaustão (cerca de 15-30% da energia fornecida ao reator); A maior oferta de metálicos alternativos à sucata (gusa sólido e DRI / HBI) tem permitido à aciaria elétrica ampliar a oferta de aços especiais de melhor qualidade (clean steels); A viabilidade técnica do uso direto de gusa líquido no FEA, além de promover menor consumo de energia elétrica, cria uma maior flexibilidade em relação à quantidade de sucata no mix de carga (20 a 100%). Adicionalmente, permite a produção de uma maior gama de aços de qualidade e uma nova proposta de rota tecnológica: AF-CV / FEA; A tendência crescente de contaminantes nas sucatas (cobre, níquel, estanho, zinco etc), tem potencializado a busca por tecnologias de pré-tratamento; A implementação da técnica de espumação controlada das escórias e a conseqüente operação dos FEA com taxas mais altas de potência elétrica, tem implicado significativo aumento de produtividade. O Estudo propõe para o tema forno elétrico a arco, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Assegurar fomento às pesquisas sobre novos processos de descontaminação prévia de sucatas, principalmente em relação aos elementos cobre, níquel, estanho e zinco; Providenciar análises técnico-econômicas de processos químicos de descontaminação de sucatas já comprovados; Garantir linhas de fomento às pesquisas de modelagem matemática do processo em FEA, visando simular maiores taxas de injeção de carbono (23 para 60 kg / t aço), de oxigênio (40 para 70 kg / t aço), menor consumo de energia (360 para 300 kwh / t aço) e pré-aquecimento de sucata (300 C); 14 Nota Técnica Aciaria Elétrica; Lauro Chevrand, novembro 2008; 23 pp.

27 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Fomentar estudos técnico-econômicos junto às empresas de consultoria e engenharia no sentido de verificar a competitividade de rotas que contemplem um maior uso de DRI / HBI e gusa líquido no mix de carga do FEA, com base em experiências nacionais e internacionais; Providenciar pesquisas e estudos técnico-econômicos por parte das empresas de consultoria e engenharia, relativo às tecnologias de pré-aquecimento de sucata (reator de cuba FUCHS, sistema CONSTEEL, processo NS / DC) e as conseqüentes implicações ambientais. 2.6 Em lingotamento e laminação O lingotamento contínuo, responsável pelo excepcional ganho de rendimento metálico (5-10%) de toda a cadeia, pela reconhecida melhoria na qualidade dos produtos de aço (menor segregação) e pela expressiva redução de custo que promove, é um exemplo de inovação tecnológica radical e revolucionária na siderurgia. Atualmente, mais de 95% de todo aço produzido é lingotado continuamente. A laminação, por estar à jusante do lingotamento, também teve que se adaptar a esta tecnologia. Considerando que: A primeira geração do lingotamento contínuo, o thick slab continuous casting (aços planos), que viabilizou produtos com espessuras 15 de 250 mm e várias larguras é hoje de uso generalizado; O desenvolvimento recente desta tecnologia (NUCOR, em 1986), denominado thin slab continuous casting (aços planos), viabilizou a produção de produtos com espessuras de 50 a 60 mm e aumentou as velocidades de lingotamento para 5 a 10 m / min, possibilitando incrementos adicionais expressivos na produtividade; O conceito de clean steel passou a ser um condicionante imprescindível do lingotamento contínuo; A tendência a produção de laminados a quente está se consolidando em espessuras menores que 2 mm (processo flying gauge 1 mm); A evolução da laminação requer uma maior instrumentação e um conhecimento fenomenológico mais profundo deste processo (carga, desgaste, formas, temperaturas, microestruturas, propriedades mecânicas etc); É esperada uma concorrência crescente entre o produto laminado a frio e a quente, em aplicações gerais na faixa de 1,2 mm de espessura; As usinas brasileiras, em termos operacionais de suas laminações, são consideradas atualizadas. O Estudo propõe para o tema lingotamento e laminação, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Apoiar o programa multi-institucional de modelagem matemática dos processos de laminação, hoje já nucleado no âmbito da ABM; 15 Nota Técnica: Laminação; Ernandes M. Silveira Rizzo; 2008; 19 pp.

28 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Fomentar o desenvolvimento de fluidos de laminação que garantam maior eficiência na refrigeração dos cilindros; Promover pesquisas e estudos relativos aos processos compact strip production (CSP) e in line strip production (ISP), de integração de lingotamento contínuo com forno com laminação a quente, objetivando o uso destas tecnologias em futuro não muito distante; Apoiar estudos e pesquisas sobre a minimização de atrito em moldes de lingotamento via fluxos, visando ao aperfeiçoamento dos projetos de máquinas; Apoiar projeto multi-institucional para o domínio da tecnologia near-net-shapecasting MNSC, visando à obtenção de produtos com espessuras de 1 a 2 mm, fabricados em velocidades da ordem de 200 m / min, bem como sua vigilância tecnológica em nível mundial; Promover investigações sobre os mecanismos de formação de segregações e separação de inclusões em condições simuladas de rápida solidificação (processo NNSC: tecnologias twin roll strip caster e single belt casting e os correspondentes limites admissíveis de contaminantes; Promover projeto de vigilância tecnológica a respeito do desenvolvimento de filtros químicos e mecânicos para inclusões, hoje em curso no exterior. 2.7 Em produção direta de aço Considerada uma inovação radical, ou de ruptura, a possibilidade de produção direta de aço (ou ferro de baixo carbono) revolucionaria toda a cadeia siderúrgica, afetando, particularmente, os setores de redução e aciaria. A tentativa de utilização de apenas um reator, para a realização das operações de redução em fase líquida (bath-smelting) e de refino posterior (conversor), continua sendo um dos maiores desafios da siderurgia. Considerando que: Grande esforço de pesquisa vem sendo realizado sobre este tema, já havendo três versões tecnológicas testadas em escala-piloto, quais sejam: - Projeto AISI-DS (EUA) - Projeto IRSID (CE) - Projeto IFCON (África do Sul); A redução em fase líquida tem sido pesquisada tentando-se o uso direto de carvão mineral não coqueificável; O controle da espumação das escórias é considerada operação crítica para a estabilidade desses processos; O desgaste dos refratários nos reatores de bath smelting são preocupações operacionais sérias, maiores que nos processos convencionais. O Estudo propõe para o tema produção direta de aço, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de :

29 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Promover programa de vigilância tecnológica relativamente às versões dos três processos em desenvolvimento e de outras iniciativas emergentes; Apoiar pesquisas básicas sobre os fundamentos do binômio: fusão-redutora / refino, em condições simuladas; Incentivar estudos e investigações acerca da possibilidade do uso de carvões de biomassas nos processos de produção direta e contínua de aço, no sentido de introduzir marcantes vantagens sócio-ambientais; 2.8 Em meio ambiente As atividades siderúrgicas são sabidamente grandes geradoras de resíduos sólidos e de emissões gasosas e líquidas. Por outro lado, suas unidades produtivas são igualmente reconhecidas como detentoras de destacada vanguarda no tratamento, recuperação e reciclagem desses efluentes, sendo, por isso, consideradas, no âmbito industrial, benchmarking na remediação de seus impactos ambientais. Assim, considerando que: O setor de redução, representado pelo alto-forno a coque, responde pela maior emissão de CO 2 (85%) na cadeia integrada de produção de aço; Na siderurgia integrada, cerca de 80% do total de resíduos sólidos gerados são formados em apenas dois setores: redução e refino; Na siderurgia semi-integrada os resíduos produzidos pelos setores de matériasprimas e aciaria são praticamente a totalidade da geração; As emissões de CO 2 pelas unidades semi-integradas é cerca de 30% das integradas; Existem dois importantes programas siderúrgicos internacionais, visando à meta de redução de 50% nas emissões de CO 2 ; O índice de eficiência de emissões de CO 2 (conforme o IEEC) para o share da siderurgia brasileira é 1,32. O Estudo propõe para o tema meio ambiente, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Apoiar a implementação de projeto multi-institucional visando à vigilância tecnológica dos processos SCBF, HISARNA, reciclagem de gás de topo nos altos-fornos, redução direta avançada (H 2 ) e a tecnologia CCS; Fomentar a linha de pesquisa de produção de ferro primário por eletrólise (carbon free process); Apoiar as pesquisas relativas ao uso de carvão de biomassa em substituição às fontes de origem fóssil na cadeia siderúrgica; Desenvolver estudos no sentido de propor uma meta de redução da emissão de CO 2 para a siderurgia brasileira, baseada no conceito do IECC, tomando por base o resultado preliminar de 330 kg CO 2 / t aço.

30 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Em energia A siderurgia é considerada uma atividade intensiva no consumo de energia, sendo responsável por 5 a 9% da energia consumida no país 17. Considerando que: Os setores de matéria-prima e redução das usinas integradas respondem por 80-85% do total da energia consumida na cadeia; Os setores de matéria-prima e aciaria das usinas semi-integradas respondem por cerca de 70-75% da energia total consumida nesta rota tecnológica; A adoção do processo NNSC tem potencial de economia de até 20% e 50%, sobre o total das energias atualmente consumidas pelas cadeias integrada e semiintegrada, respectivamente; Existem dois importantes projetos siderúrgicos internacionais visando à redução de 50% das necessidades energéticas nos processos atuais; O índice de eficiência energética (IEE), calculado para o share da siderurgia brasileira, é 1,13; De uma maneira geral, a siderurgia ainda convive com grandes desperdícios de energia (apagamento do coque, energias sensíveis nas escórias e no gusa solidificado etc); No mini alto-forno a carvão vegetal é viável a operação de redução em nível térmico mais baixo que o do alto-forno a coque ( 125 C) e com menor geração de escória ( 50%). O Estudo propõe para o tema energia, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Apoiar a implementação de programa de vigilância tecnológica de natureza multi-institucional, visando ao monitoramento dos processos NNSC, SCBF, HISARNA e de reciclagem de gás de topo, no que se refere à energia 18 ; Apoiar projetos de investigação visando ao aproveitamento da energia térmica contida nas escórias ( 3% energia do processo); Abrir linhas de fomento às pesquisas envolvendo o uso de aglomerados autoredutores nos altos-fornos, e em particular do projeto brasileiro TECNORED; Fomentar pesquisas envolvendo o enriquecimento de oxigênio no sopro dos altos-fornos e a injeção de plásticos pelas ventaneiras; Apoiar a realização de estudos técnico-econômicos sobre o uso de carvão vegetal como termo-redutor nas tecnologias de redução tradicionais e emergentes. 17 Nota Técnica: Eficiência Energética na Siderurgia; Sérgio V. Bajay; fevereiro de 2009; 32 pp. 18 Nota Técnica: Inovação Tecnológica - José C. D Abreu; dezembro de 2008; 31 pp.

31 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Em produtos A siderurgia brasileira possui parque industrial plenamente equipado para atender as demandas dos vários setores clientes, com destaque para a construção civil, indústria naval, utilidades domésticas e comerciais, petróleo e automotiva. Considerando que: O setor de petróleo no Brasil vem apresentando evolução significativa, com demandas crescentes de aços com melhores desempenhos estruturais e resistentes à corrosão; O setor automotivo brasileiro tem apresentado uma tendência crescente de utilização dos aços de alta resistência DP, HSS e HSLA 19 ; As siderúrgicas brasileiras estão consolidando a produção dos aços DP e bainíticos destinados à indústria automotiva; A falta de regulamentação do CONTRAN no que tange à segurança de veículos em acidentes por colisão, tem sido apresentada como um obstáculo ao desenvolvimento de aços para o setor automotivo brasileiro; Os perfis laminados a quente utilizados pela construção civil no Brasil em estruturas metálicas, fabricados de aços C-Mn (ASTM A36), não apresentam desempenho satisfatório em eventuais solicitações térmicas; O setor da indústria naval tem apresentado tendência para o uso de aços microligados (em particular com cobre) ou bainíticos, sem comprometimento de suas soldabilidades. O Estudo propõe para o tema produtos, visando às inovações tecnológicas para o fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : Apoiar as pesquisas envolvendo os aços AHSS de terceira geração (20-60% de alongamento e MPa de resistência) para o setor automotivo; Fomentar pesquisas aplicadas no sentido de se viabilizar a produção de aços resistentes ao calor para estruturas metálicas; Apoiar os projetos de interação universidade-setor de petróleo, em relação ao desenvolvimento de aços HIC resistentes aos ambientes ácidos, bem como a implementação de técnicas de resfriamento acelerado nas usinas siderúrgicas; Implementar programa de ampla vigilância tecnológica em nível mundial, focado na concepção e produção de novos aços. 19 Nota Técnica: Mercado e Produto - Ivani S. Bott; 2008; 49 pp.

32 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Capítulo 3 PROPOSTAS DE PROGRAMAS TECNOLÓGICOS A siderurgia brasileira (como assinalado) encontra-se alicerçada em grandes grupos privados, tanto nacionais quanto internacionais, não diferindo, na sua essência, dos modelos existentes na Comunidade Européia (CE), nos Estados Unidos e em parte da Ásia (Japão e Coréia, principalmente). Entretanto, em relação aos mecanismos acionados por estas nações para se manterem na vanguarda da tecnologia siderúrgica, existem grandes diferenças de articulação político-institucional no que tange a definição dos seus programas estratégicos, tais como 20 : O Brasil ainda não conseguiu uma mobilização efetiva dos setores empresarial, acadêmico, governamental e das associações e institutos técnico-científicos, capaz de alavancar, em conjunto, programas de interesse comum, tanto os précompetitivos quanto os de cunho estratégico para a nação; Experiências internacionais recentes têm mostrado que a dimensão dos desafios tecnológicos da siderurgia moderna demanda, cada vez mais, esforços de inovação, cuja operacionalidade exige a participação conjunta dos quatro setores, por meio de programas temáticos nacionais; A siderurgia brasileira ainda não conta com um setor suficientemente forte de empresas nacionais de consultoria e de engenharia, o que tem forçado a dependência externa nessas importantes atividades; Existe competência e experiência suficiente no setor siderúrgico para a condução de trabalhos por meio de redes temáticas institucionais, inclusive com alguns potenciais membros possuindo experiência internacional; As infraestruturas dos centros de pesquisa nacionais e dos laboratórios das universidades brasileiras, que possuem reconhecida competência siderúrgica, necessitam de modernização e atualização. Do exposto, este Estudo propõe as seguintes macroações a serem desdobradas em programas tecnológicos visando aos projetos de inovações necessários ao fortalecimento da competitividade e sustentabilidade da siderurgia brasileira no horizonte de : 3.1 Desenvolver uma metodologia para a operacionalização dos projetos nacionais (propostos no capítulo 2), obedecendo a uma estrutura de interações setoriais conforme o diagrama 3, mostrado a seguir. 20 Nota Técnica: Inovação Tecnológica - José C. D Abreu; dezembro de 2008; 31 pp.

33 Recomendações para inovação tecnológica na siderurgia do Brasil Órgãos de Governo: MCT MDIC ABDI, etc. Associações e Institutos: ABM IAB, etc. Empresas: Industriais Consultoria Engenharia Universidades Centros de Pesquisa Via adesão Projetos de Interesse Nacional Projetos Pré-competitivos Via adesão Via adesão PROGRAMA Rede Institucional Comitê Executivo Diagrama 3. Projetos nacionais: proposta de estruturação 3.2 Implementar um programa Biomassas: Englobando todos os projetos já listados neste documento envolvendo o tema biomassas, os quais seriam hierarquizados pela rede de instituições e operacionalizados pelo comitê executivo; 3.3 Implementar programa Carvão Mineral Nacional: Concentrando todos os projetos em carvão mineral especificados neste documento, os quais seriam classificados em ordem de prioridade pela rede institucional e geridos pelo comitê executivo; 3.4 Implementar programa Infraestrutura para Inovação: De natureza transversal, envolvendo o estabelecimento de linhas de fomento específicas para o fortalecimento das infraestruturas das instituições que aderirão a cada um dos outros programas. A criação do Fundo Setorial da Siderurgia seria um dos instrumentos meio, cuja implementação deveria ser estudada no contexto dos demais Fundos Setoriais; 3.5 Implementar programa de Fortalecimento das Atividades de Consultoria e Engenharia: Estabelecendo linhas de financiamento específicas para as empresas deste setor, priorizando a oferta de serviços de consultoria e engenharia para a siderurgia nacional, inclusive apoio às atividades de transferência, absorção, adaptação e geração de tecnologia;