Utilização do oxigénio nos fornos de arco elétrico
Os fornos de arco elétrico para a reciclagem e a produção de aço atingem níveis de eficácia sem precedentes.
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A eficácia energética
Mas, num contexto de mercado cada vez mais exigente, a melhoria contínua da produção continua a ser necessária e constitui um grande desafio na metalurgia para aumentar os rendimentos, melhorar a qualidade e reduzir os custos. Uma forma de o fazer é otimizar o consumo de energia elétrica.
Existem várias soluções:
- No exterior de um forno, pré-aquecendo a sucata de aço e a colher;
- No interior de um forno
- melhorando a eficácia das reações químicas exotérmicas oxidantes através da injeção de oxigénio e carbono (espumagem da escória para uma eficiência máxima dos elétrodos);
- por aquecimento radiante e fusão da sucata com queimadores oxicombustíveis;
- pela pós-combustão do CO no interior do forno.
A utilização de queimadores oxicombustíveis e lanças supersónicas de injeção de oxigénio é uma das soluções mais competitivas para aumentar a eficácia energética de um forno de arco elétrico.
Os queimadores oxicombustíveis
Para ser eficiente, um queimador oxicombustível deve não só proporcionar uma transferência de calor eficiente, mas também ter as seguintes características:
- robustez e resistência ao entupimento;
- resistência ao ressalto da chama sobre a sucata;
- longa vida útil e fácil manutenção.
A conceção "pipe-in-pipe" de um queimador oxicombustível é a mais comum. O oxigénio é fornecido através de um tubo central e o gás natural através de um espaço anular criado entre o tubo central e um tubo concêntrico de maior diâmetro. Este tipo de queimador é simples de produzir, mas não refrigera adequadamente e fica rapidamente danificado pelo retorno da chama na sucata a ser fundida dentro do forno.
Necessita de conselhos sobre a implementação da oxicombustão?
A tecnologia Air Liquide
A Air Liquide propõe uma conceção mais inovadora de queimador oxicombustível com múltiplas injeções de gás natural distribuídas entre uma injeção de oxigénio central e vários outros periféricos. O queimador está equipado com uma cabeça de cobre altamente condutora que permite que o calor seja rapidamente evacuado. A câmara de combustão é arrefecida com água para proteger o queimador de projeções de escória e para melhorar a mistura de gases à saída dos bocais.
Lanças de injeção de oxigénio
Um queimador oxicombustível apenas é utilizado na potência máxima durante a fase de fusão da sucata. Durante a fase subsequente de descarburação do metal líquido, é injetado oxigénio para reduzir o teor de carbono para níveis frequentemente inferiores a 0,1 % e para transferir outros elementos como o fósforo para a escória.
A utilização ideal do oxigénio deve permitir uma penetração profunda no banho de fusão (para maximizar a eficiência em oxigénio) e uma distribuição equilibrada do oxigénio no aço com vários pontos de injeção (para maximizar a eficiência em aço).
A Air Liquide propõe um tubo supersónico de injeção de oxigénio criado para minimizar a turbulência do jato de gás. Permite obter velocidades de descarburação tipicamente compreendidas entre 0,1 e 0,15 % de redução de carbono por minuto.
Queimadores multifunções
A necessidade de queimadores durante a fase de fusão e a necessidade de oxigénio durante a fase de descarburação fazem dos queimadores multifunções as ferramentas mais flexíveis.
A Air Liquide propõe um queimador oxicombustível equipado com um bocal supersónico e uma lança de injeção de carbono que funciona em diferentes modos:
- para aquecer e derreter a sucata;
- para a espumagem da escória e a descarburação;
- para manter a temperatura e evitar o entupimento.
Pós-combustão
Determinados fornos de arco elétrico, em particular os que utilizam ferro fundido bruto com muito carbono, podem tirar o máximo proveito da pós-combustão do CO durante a fusão da sucata. É essencial que esta combustão ocorra no início da fusão enquanto a sucata ainda consegue absorver o calor produzido. O fluxo de oxigénio deve ser de baixa velocidade para promover a mistura com os gases do forno e para evitar tanto a oxidação da sucata (perda de rendimento) como o desvio do oxigénio na sucata em direção aos painéis arrefecidos por água.
Os tubos de injeção de oxigénio são peças que devem ser extremamente bem refrigeradas, pois a área de pós-combustão costuma estar sobreaquecida.
Para satisfazer as necessidades de compacticidade ou facilidade de manutenção, a Air Liquide propõe uma solução que fornece um queimador, injeção supersónica de oxigénio, injeção de carbono e pós-combustão do CO num único dispositivo.
Dados importantes
As tecnologias propostas pela Air Liquide para a utilização do oxigénio nos fornos de arco elétrico proporcionam os seguintes benefícios:
- Economia de eletricidade de 10 a 90 kWh/tonelada consoante a capacidade dos fornos;
- Poupança até 50 % de carbono;
- Até 10 minutos de redução no tempo de ligação.
