Influência da proporção entre as vazões de oxigênio e gás natural do sistema de injeção na eficiência energética de um forno elétrico a arco

Abstract

Independentemente do nível de verticalização ou da sua escala de produção, a redução de custos e o aumento de produtividade têm sido os principais focos internos das empresas da indústria do aço. Dois fatores controlam fundamentalmente o custo de produção do aço: o preço e o consumo dos insumos e matérias-primas. O primeiro depende fortemente do poder de barganha da empresa e das condições de mercado e, muitas vezes, não é possível exercer grande controle sobre ele. Sendo assim, é através da diminuição do consumo específico dos insumos e matérias-primas que a empresa pode obter sucesso na sua missão, internamente, de maximizar seu lucro. Em aciarias elétricas, o consumo dos insumos tem impacto importante na composição do custo final do aço, dos quais se destaca o consumo de energéticos utilizados no forno elétrico a arco, que pode representar até 30% do custo operacional desse tipo de aciaria. Para quantificar o aporte desses diferentes tipos de energia no forno, normalmente é utilizado o indicador de consumo de energia total, que utiliza o poder calorífico de cada tipo de energético na transformação para a unidade de kWh/t. O objetivo desse trabalho foi avaliar o impacto na eficiência energética do forno, medida através do consumo de energia total, da redução da vazão de gás natural nos modos lança e da modificação da proporção entre oxigênio e gás natural (O2/GN) em um dos modos queimador do sistema de injeção de um forno elétrico a arco. Para tanto, foi realizado um teste estatístico dividido em quatro cenários no formato de projeto de experimentos (DOE). O cenário em que as modificações no modo queimador e nos modos lança foram aplicadas conjuntamente apresentou a maior redução no consumo de energia total (2,50%), impulsionada principalmente pelas reduções no consumo de gás natural (16,94%) e no consumo de energia elétrica de forno e forno-panela (-1,90%). Através da análise do carbono de vazamento de todas as corridas não foi possível afirmar que os ganhos em consumo de energia elétrica foram provenientes de uma maior oxidação de ferro da carga nas corridas.

Companies have been extensively focusing on cost reduction and productivity optimization in the last few years, independently of their levels of production or verticalization. The cost of production is basically controlled by two factors: the price and the consumption of raw and input materials. The price depends on the current conditions of the market and the capacity of the company to deal with its suppliers about the price to be paid. Due to that, it is very difficult to control this factor and for this reason, through the reduction in raw material and inputs consumption that companies can achieve their mission of becoming more profitable. In electric steelmaking, consumption of inputs plays an important role on the final billet cost, with particular emphasis to the energy consumption in the electric arc furnace, which can represent up to 30% of the operational cost in a melt shop. To quantify the contribution of different types of energy in the furnace, it is used the performance indicator of total energy consumption, which associates the heat of combustion of each type of energetic in order to use the unit kWh/t. The aim of this study was to evaluate the impact on the energy efficiency of the furnace, measured by the total energy consumption, reducing the flow of natural gas in lance modes and modifying the ratio between oxygen and natural gas (O2/NG) in one of the burner modes of the injection system in an electric arc furnace. Thus, a statistical test divided into four scenarios in the format of design of experiments (DOE) was conducted. The scenario in which the burner mode and lance mode modifications were applied together resulted in the greatest reduction in total energy (2,50%), driven especially by reductions in natural gas consumption (16,94%) and electrical energy consumption of furnace and ladle furnace (1,90%). Through the analysis of tapping carbon of all heats it was not possible to assert that gains in electrical energy were due to a higher oxidation of iron contained in the blend charged.