A questão do carvão nacional no setor siderúrgico

Transcrição

1 A questão do carvão nacional no setor siderúrgico Palestrante: Me. Eng. Bruno D. Flores (Doutorando do Grupo LaSid-Redução) Prof. Dr. Ing. Antônio Cezar Faria Vilela (Coordenador Geral do LaSid) Prof. Dr. Eduardo Osório (Coordenador do Grupo LaSid-Redução)

2 Sumário Introdução Carvão mineral na coqueificação Carvão mineral para injeção em altos-fornos Carvão mineral na redução direta Outras oportunidades para os carvões nacionais na siderurgia Pesquisas do Laboratório de Siderurgia da UFRGS 2

3 Introdução Somos um exemplo para o mundo quando o assunto é carvão? Reservas Provadas 1 EUA 2 Rússia 3 China 4 Austrália 5 Índia 6 Alemanha 7 Ucrânia 8 Cazaquistão 9 África do Sul 10 Indonésia 11 Turquia 12 Colômbia 13 Brasil 14 Canadá 15 Polônia Produção 1 China 2 EUA 3 Índia 4 Austrália 5 Indonésia 6 Rússia 7 África do Sul 8 Alemanha 9 Polônia 10 Cazaquistão 11 Colômbia 12 Turquia 13 Canadá 14 Ucrânia 15 Grécia 24 Brasil Fonte: BP Statistical Review of World Energy, June modificado. 3

4 Por que e onde carvão mineral é utilizado na fabricação de aço? 4

5 Rotas de produção de aço Rotas de Produção Alto-Forno Minério de Ferro Matérias-Primas Carvão Produção de aço no mundo/brasil por tipo de rota Mundo 68% Brasil 75% Redução Direta/Fusão Carvão Gás Natural 2% 0% Forno Elétrico a Arco Sucata 30% 25% Fonte: IAB 2013 Cerca de 1,2 bilhão de toneladas de carvão são utilizadas anualmente na produção de aço, o que representa cerca de 15% do consumo total de carvão em todo o mundo. 5

6 O alto-forno Nos altos-fornos o ferro-gusa é produzido a partir da redução do minério de ferro utilizando carbono na forma de coque e carvão pulverizado como agentes redutores e combustíveis. Carvão Coqueificável Minério de Ferro Coqueificação Sinterização Cerca de 75% do carvão utilizado na fabricação de gusa entra no AF na forma de coque. Pelotização Carvão PCI Ferro-gusa Escória 6

7 Processo de coqueificação Processo pelo qual o carvão mineral coqueificável, ao ser aquecido na ausência de oxigênio, libera gases da sua estrutura, originando um resíduo sólido poroso. A coqueificação permite obter um combustível/redutor adequado para o carregamento em altos-fornos. 7

8 Processo de coqueificação: coqueria By-product Fornos com recuperação de subprodutos (By-product) 8

9 Processo de coqueificação: coqueria By-product Fornos com recuperação de subprodutos (By-product) As coquerias convencionais tem como produtos coque e gases. 75% coque 25% gases Gás combustível 17% Alcatrão 5% Óleos leves e Outros 3% Indústria Siderúrgica Indústria Carboquímica 9

10 Processo de coqueificação: coqueria Heat Recovery Fornos sem recuperação de subprodutos (Heat Recovery) Nesse processo o gás gerado no processo é queimado para a geração de energia elétrica. Suncoke Coqueria Tubarão Capacidade 1,5 milhão t/ano e 155 MW Fonte: Suncoke 10

11 Uso de PCI nos altos-fornos Somente cerca 15% das reservas mundiais de carvão possuem as propriedades requeridas para a produção de coque. Carvão Coqueificável Coqueificação Minério de Ferro Sinterização Pelotização Carvão PCI 11

12 Carvão mineral para injeção em altos-fornos O objetivo da injeção de carvão pulverizado na zona das ventaneiras dos altos-fornos é substituir parte do coque necessário para a produção de ferro-gusa. A vantagem econômica do PCI se baseia na diferença de custo entre os carvões coqueificáveis e os não coqueificáveis. Diminuição dos custos da produção Aumento da produtividade dos AF Aumento da vida útil das coquerias Diminuição das emissões causadas pela produção de coque 12

13 Características esperadas em carvões para uso siderúrgico Quais são as características esperadas em carvões para uso em coqueificação e PCI? Caracterização química: matéria orgânica e inorgânica Caracterização física Caracterização físicoquímica: propriedades plásticas Caracterização petrográfica 13

14 Características esperadas em carvões para uso siderúrgico Quais são as dificuldades de uso do carvão nacional em termos de propriedades? Caracterização química: matéria orgânica e inorgânica - Alto teor de matéria mineral - Alto teor de enxofre Caracterização físicoquímica: propriedades plásticas - Ausência parcial ou total de propriedades plásticas e aglomerantes (importante somente na coqueificação) 14

15 Oportunidade dos carvões nacionais para uso siderúrgico Quais são as necessidades e oportunidades para o carvão nacional ser utilizado na siderurgia via altos-fornos? Carvões Nacionais BENEFICIAMENTO Necessidade Carvões para da o setor geração de de geração um novo de energia produto criado para atender as Cinzas siderúrgicas 30 50% Cinzas 10-15% 15

16 Oportunidade dos carvões nacionais para uso siderúrgico Quais são as necessidades e oportunidades para o carvão nacional ser utilizado na siderurgia via altos-fornos? PROBLEMÁTICA Carvões nacionais de forma individual não possuem as características adequedas para utilização tanto na fabricação de coque como para injeção em AF. SOLUÇÃO Utilização de misturas de vários tipos de carvões (materias carbonosos), cujo somatório de suas propriedades resulte em produtos adequados ao AF. 16

17 Qual o potencial de consumo de carvão na fabricação de aço via altos-fornos no Brasil? 17

18 Parque siderúrgico brasileiro Pará Sinobras Ceará Gerdau Aços Longos (Cearense) 11 grupos empresariais Pernambuco Gerdau Aços Longos (Açonorte) 29 Usinas Minas Gerais Aperam South America Gerdau Açominas (Ouro Branco) ArcelorMittal Aços Longos (Monlevade) ArcelorMittal Aços Longos (Juiz de Fora) Gerdau Aços Longos (Barão de Cocais) Gerdau Aços Longos (Divinópolis) Usiminas (Ipatinga) V & M do Brasil VSB (Jeceaba) São Paulo ArcelorMittal Aços Longos (Piracicaba) Gerdau (Pindamonhangaba) Gerdau (Mogi das Cruzes) Gerdau Aços Longos (São Paulo) Usiminas (Cubatão) Vilares Metais Fonte: IAB modificado. Paraná Gerdau Aços Longos (Guaíra) Rio Grande do Sul Gerdau Aços Longos (Riograndense Gerdau Aços Especiais (Piratini) Bahia Gerdau Aços Longos (Usiba) Espírito Santos ArcelorMittal Aços Longos (Cariacica) ArcelorMittal (Tubarão) Rio de Janeiro Votarantim Siderurgia (Resende) Votarantim Siderurgia (Barra Mansa) CSN (Volta redonda) Gerdau Aços Longos (Santa Cruz ThyssenKrup CSA (Santa Cruz) 48,9 Mt de aço bruto/ano O Brasil em 2014, teve uma produção de 33,9 milhões de toneladas de aço bruto. 9ª maior produtor mundial. 18

19 Capacidade de produção de aço bruto/ano (Mt) Usinas integradas no Brasil Principais produtores de aço via altos-fornos a coque As usinas integradas a coque no país representam cerca de 75% da produção siderúrgica brasileira. TOTAL 33,3 Mt 8 6 7,5 5, ,5 4, ,2 0 Fonte: SAGE 19

20 Demanda de carvão na siderurgia nacional Atualmente as usinas siderúrgicas brasileiras consomem aproximadamente 12,5 Mt/ano de carvões coqueificáveis e 2,8 Mt de carvões para injeçaõ em altos-fornos. Consumo de carbonosos Produção anual e consumo de coque 2,8 0,6 1,4 Carvão Vegetal 1,5 Carvão Mineral Coqueificável Carvão PCI Antracito 12,4 Coque de petróleo Produção 9,7 Mt Consumo 11,5 Mt Fonte: IAB, 2013 modificado. Caso o mineração nacional consiga suprir 10% da necessidade de carvão siderúrgico, isso resultaria 20

21 Importação dos carvões utilizados na siderurgia No Brasil, atualmente todo o carvão mineral utilizado pelas siderúrgicas é importado. 9% 5% 12% Origem dos carvões importados 13% 22% 39% Estados Unidos Austrália Colômbia Canadá África do Sul Outros Fonte: IAB, 2013 modificado. O carvão mineral é um dos principais itens de importação na balança comercial mineral no Brasil. O país gasta em média cerca de US$ 2,9 bilhões por ano com carvões para uso siderúrgico. 21

22 Projeção de produção de carvão nacional para siderurgia Caso a mineração nacional de carvão seja capaz de suprir 10% da demanda de carvão siderúrgico : 18,6 Mt Produção de carvão siderúrgico 1,53 Mt/ano 13,5 Mt Considerando um rendimento de 30% em processos de beneficamento Produção de ROM Exploração otimizada das jazidas de carvão mineral nacional, considerando uso misto siderúrgico e térmico. 22

23 Utilização de carvão na Redução Direta 23

24 Rotas de produção de aço Rota de Produção Matérias-Primas Produção de aço no mundo/brasil por tipo de rota Alto-Forno Minério de Ferro Carvão Mundo 68% Brasil 75% Redução Direta/Fusão Carvão Gás Natural 2% 0% Forno Elétrico a Arco Sucata 30% 25% Fonte: IAB

25 Redução direta Processo em que o minério de ferro é, no estado sólido, quimicamente reduzido a ferro altamente metalizado (ferro-esponja ou Ferro Diretamente Reduzido DRI). Produto do alto-forno Produtos da redução direta Ferro-gusa Ferro esponja Hot briquette iron 25

26 Utilização de carvão na Redução Direta e Redução-Fusão Produção Mundial de DRI e HBI Foram produzidas 75,2 Mt de DRI/HBI em ,2% 21,2% 63,2% 15,4% Outros HyL/Energiron Baseados em carvão Midrex Fonte: Midrex

27 Processos de Redução Direta Processo SL/RN em forno rotativo Minério de Ferro (pelotas) Carvão Mineral Câmara de póscombustão Experiência nacional Carvão do Recreio como combustível/redutor Vantagem: possibilidade de uso de carvões de alto teor de cinzas Água Ar Ar Ar Ar/carvão Índia principal produtor mundial Ar SL/RN Aços Finos Piratini Peneira Ferro Esponja Separador Magnético 27

28 Outras oportunidades para os carvões nacionais 28

29 Outras oportunidades para uso de carvão nacional na siderurgia Processos nos quais o carvão nacional pode ser incorporado Pelotização Novos processos de coqueificação (ex. Scope 21) Processos de redução fusão: Corex, Tecnored, etc 29

30 Recomendações Roadmap 30

31 Roadmap Centro de Gestão e Estudos Estratégicos 31

32 Pesquisas do Laboratório de Siderurgia da UFRGS 32

33 Laboratório de Siderurgia da UFRGS O LASID coordena e executa projetos em parceria com empresas e com o apoio dos órgãos fomentadores de pesquisa e formação de recursos humanos. Coordenação: Prof. Dr. Ing. Antônio C. F. Vilela Áreas de Atuação LaSid-Redução (Prof. Dr. Eduardo Osório) LaSid-Aciaria LaSid-Modelagem LaSid-Ambiental 3 Professores 3 Pesquisadores Equipe 1 Técnico Científico 9 Doutorandos 7 Mestrandos 11 Bolsistas de Iniciação Científica 33

34 Estudos do Laboratório de Siderurgia da UFRGS Avaliação do uso de carvões para PCI Caracterização química dos carvões de PCI Avaliação da combustibilidade dos carvões via termobalança Avaliação da combustibilidade dos carvões via simulador da zona de combustão dos altos-fornos Avaliação da estrutura porosa dos carvões de PCI Projeto de doutorado (Claudia Barbieri) Avaliação da combustibilidade de carvões nacionais via simulador da zona das ventaneiras de altos-fornos 34

35 Estudos do Laboratório de Siderurgia da UFRGS Avaliação do uso de carvões para coqueificação Caracterização de carvões coqueificáveis Seleção de carvões e otimização de misturas de carvões para coque Fabricação de coque em escala laboratorial Caracterização de coques Projeto de doutorado (Bruno Flores) Avaliação da viabilidade técnica de uso de carvões brasileiros na produção de coque para altos-fornos 35

36 Obrigado pela atenção! Laboratório de Siderurgia-UFRGS Av. Bento Gonçalves, Porto Alegre - Brasil Telefone :