Forno rotativo de redução de ferro

Forno rotativo de redução de ferro

O forno rotativo de redução de ferro é o equipamento central do processo de redução direta em forno rotativo. Essa tecnologia utiliza um forno rotativo de rotação contínua como reator, tornando-se uma instalação metalúrgica fundamental para a produção de ferro esponjoso por meio da redução de óxidos de ferro por carbono sólido. Sua principal função é realizar a redução do minério de ferro por carbono em fase sólida em uma faixa de temperatura de 950–1100 °C. Através de seu design estrutural exclusivo, permite o processamento contínuo e a conversão eficiente de materiais. O produto, caracterizado por uma estrutura porosa e solta, é conhecido como ferro esponjoso e é amplamente utilizado na siderurgia e na recuperação de recursos polimetálicos, servindo como um elo crucial entre os recursos minerais e os produtos de ferro de alto valor agregado.

Princípio de funcionamento

A lógica de operação do forno rotativo de redução de ferro centra-se na rotação contínua, no controle preciso da temperatura e na redução em fase sólida. O corpo principal é um cilindro de aço inclinado, revestido com materiais refratários de alta temperatura, acionado para girar a uma velocidade constante por rolos de suporte. Durante a operação, minério de ferro qualificado (teor de ferro ≤ 66%), redutor (carvão com carbono fixo ≤ 50%, como linhita ou carvão betuminoso) e agentes dessulfurizantes são alimentados continuamente na extremidade de alimentação em proporções precisas. À medida que o forno gira, os materiais são elevados a uma certa altura e, em seguida, caem em cascata por gravidade. Essa ação garante a mistura completa do minério e do redutor, enquanto o material avança gradualmente em direção à extremidade de descarga.

A alta temperatura de 950–1100 °C necessária para a reação de redução é gerada pela combustão do ar introduzido na extremidade de descarga com matéria volátil do carvão redutor e o CO produzido pela reação. Isso é complementado por um sistema de combustão suplementar preciso na cabeça do forno para controlar com exatidão o campo de temperatura. À medida que o material avança, ele passa sequencialmente por estágios de secagem, pré-aquecimento, decomposição de carbonatos, dessulfurização e redução de óxido de ferro. Devido à temperatura de redução relativamente baixa, a maior parte da ganga do minério permanece no produto, com carbonização insuficiente. A perda de oxigênio durante a redução cria numerosos microporos. O produto final de ferro esponjoso é resfriado rapidamente a menos de 200 °C em um resfriador vertical para evitar a reoxidação antes de ser descarregado. O gás residual da saída do forno passa por um pré-aquecedor para recuperar o calor residual, melhorando a eficiência energética.

Principais características

O forno rotativo de redução de ferro oferece diversas vantagens distintas devido ao seu projeto de processo exclusivo:

1. Forte adaptabilidade à matéria-prima: O equipamento pode processar não apenas minérios complexos, como minério de ferro magro com alto teor de sílica, minério de ferro magro com níquel e titanomagnetita, juntamente com vários minérios finos, mas também minérios polimetálicos, como pó de ferro e minério laterítico de níquel, por meio de variantes de processo como os métodos SL-RN ou Krupp-CODIR. Pode utilizar diretamente carvão amplamente disponível como redutor e possui requisitos flexíveis para a temperatura de amolecimento das cinzas de carvão, reduzindo significativamente a dependência de matérias-primas específicas e diminuindo os custos.

2. Condições de Processo Moderadas e Controláveis: Ajustando a inclinação do forno, a velocidade de rotação e a proporção de combustível, a atmosfera e a temperatura da reação podem ser controladas com precisão, prevenindo eficazmente a sobre-redução ou a formação de anéis. A fina camada de material e o amplo espaço livre dentro do forno garantem um fluxo de gás suave. Isso favorece a redução seletiva de minérios de ferro polimetálicos simbióticos e permite a volatilização e recuperação de elementos de baixo ponto de ebulição, possibilitando a utilização integral dos recursos.

3. Alta Qualidade do Produto e Operação Estável: O ferro esponjoso produzido possui um grau de metalização superior a 90%. Sua estrutura granular e porosa facilita o processamento subsequente, tornando-o adequado como matéria-prima de alta qualidade para a siderurgia. O equipamento opera sob uma leve pressão negativa, reduzindo a perda de calor e melhorando o ambiente de trabalho. Aliado a um sistema de controle inteligente para gerenciamento preciso da temperatura, isso aumenta a consistência do produto e a segurança operacional.

4. Benefícios Ambientais e Econômicos: O fluxo do processo é relativamente simplificado, com baixo consumo de energia. A utilização de matérias-primas locais pode reduzir ainda mais os custos operacionais. Os sistemas integrados de remoção de poeira e dessulfurização/desnitrificação controlam eficazmente as emissões de poluentes, garantindo a conformidade com as normas ambientais.

Aplicações práticas

Na prática, a função principal do forno rotativo de redução de ferro se manifesta em duas dimensões: conversão de recursos e utilização abrangente.

1. Como reator central para a produção de ferro-esponja de redução direta (DRI), ele converte eficientemente minério de ferro em ferro-esponja altamente metalizado. Este produto pode substituir sucata de aço de alta qualidade na produção de aço em forno elétrico a arco (EAF), ajudando a indústria siderúrgica a reduzir a dependência de sucata importada e facilitando a transição para uma produção de baixo carbono.

2. Aproveitando suas capacidades de redução seletiva e recuperação polimetálica, permite o processamento profundo de minérios simbióticos polimetálicos e resíduos contendo ferro. Ao recuperar recursos de ferro, remove elementos nocivos como zinco e chumbo e recupera outros metais valiosos, atingindo os objetivos duplos de reciclagem de recursos e remediação ambiental.

Além disso, suas características de operação contínua, estabilidade e confiabilidade o tornam adequado para produção industrial em larga escala. Quando integrado a sistemas inteligentes de operação e manutenção, melhora significativamente a eficiência da produção e reduz os custos de mão de obra e manutenção.