December 2, 2025
Impacto do Ferro Reduzido Direto (DRI) na Fabricação de Aço em Forno Elétrico a Arco
1. Produtividade e Rendimento
A experiência de produção mostra que o uso de DRI afeta significativamente a produtividade e o rendimento de fornos elétricos a arco. Na China, muitas grandes plantas de FEA recentemente comissionadas enfrentam desafios devido à má qualidade da sucata, com densidades a granel tão baixas quanto 0,3–0,7 t/m³. Isso geralmente requer 3–4 cargas de sucata por fusão. Ao substituir sucata de baixa densidade por DRI, o número de cargas pode ser reduzido, encurtando o ciclo de fusão. A adição contínua de 20–50% de DRI pode aumentar substancialmente a produtividade do forno, especialmente quando combinada com queimadores de oxigênio-combustível, prática de escória espumada e pré-aquecimento da sucata.
O rendimento do aço é influenciado pelo grau de metalização, teor de ganga e nível de carbono do DRI. Taxas de metalização mais altas promovem uma melhor recuperação, e carburantes podem ser adicionados para aumentar a redução do ferro. As propriedades e o volume da escória também afetam o rendimento; por exemplo, a escória espumada com basicidade constante pode diminuir o volume da escória, melhorando assim o rendimento.
2. Consumo de Materiais de Produção
- Consumo de Eletrodos: O DRI geralmente contém pouco carbono. As adições geralmente exigem carburantes, que criam uma atmosfera redutora que reduz a oxidação dos eletrodos. Embora a prática de escória espumada por arco submerso possa aumentar a concentração do arco e aumentar o risco de quebra do eletrodo, o consumo geral de eletrodos normalmente não aumenta com o uso de DRI.
- Consumo de Refratários: A carga em lote de DRI não aumenta significativamente o desgaste dos refratários. No entanto, a carga contínua pode causar “respingos de escória” e exposição ao arco, levando a um ataque refratário ligeiramente maior. O teor mais alto de FeO na escória e os tempos prolongados de reação C–O também podem intensificar a erosão química, mas o controle adequado da escória espumada e os ajustes do processo podem manter a vida útil dos refratários nos níveis originais.
- Consumo de Fluxo: O DRI introduz ganga ácida, que normalmente exigiria mais fluxo para manter a basicidade da escória. Estudos indicam que cada aumento de 1% no uso de DRI aumenta a demanda de fluxo em cerca de 1 kg/t. No entanto, como o DRI contém baixo teor de fósforo e enxofre, uma basicidade de escória mais baixa pode ser aceitável, compensando o aumento no consumo de fluxo.
3. Mudanças no Consumo de Energia
O consumo de energia geralmente aumenta quando o DRI é usado, devido a:
- Redução endotérmica de FeO: Quanto menor a taxa de metalização, maior o teor de FeO. A redução de 1 ton de FeO consome aproximadamente 800 kWh de energia elétrica.
- Teor de ganga: Maior teor de SiO₂ requer mais cal virgem para manter a basicidade, aumentando o volume da escória. A fusão de 1 ton de escória consome cerca de 530 kWh.
- Teor de carbono: O DRI com maior teor de carbono pode reduzir a demanda de energia porque a reação [C] + [O] → CO é exotérmica. Cada Nm³ adicional de oxigênio soprado pode diminuir o uso de eletricidade em 2–4 kWh.
- Método de carregamento: O carregamento contínuo em taxas otimizadas (28–38 kg/MW·min para DRI frio; até 50 kg/MW·min para DRI quente) permite a operação em potência total, encurtando o tempo de fusão. O carregamento em lote, especialmente se o DRI se acumular perto das paredes, pode prolongar a fusão e aumentar o uso de energia.
- Temperatura de carregamento: O DRI totalmente frio pode aumentar o consumo de energia em 100–150 kWh/t em comparação com a fusão de sucata, enquanto o DRI carregado a quente se aproxima dos níveis de energia apenas de sucata.
Para minimizar o uso de energia, recomenda-se DRI de alta metalização com baixo teor de SiO₂, juntamente com carbonetação apropriada, carregamento a quente e alimentação contínua. O pré-aquecimento do DRI também pode ajudar, embora sejam necessárias precauções contra a reoxidação.
4. Qualidade do Aço
Globalmente, o DRI é amplamente utilizado para produzir aços de alta qualidade em FEAs, incluindo:
- Tubos para petróleo (revestimento, tubo de perfuração)
- Chapa automotiva para estampagem profunda
- Fios e aços para fins especiais (aço para molas, aço para rolamentos)
- Aços para rotores, aços para canos de armas e materiais para aplicações aeroespaciais, aviação e nucleares
Como o DRI contém elementos residuais insignificantes (Cu, Ni, Cr, Mo, etc.), ele permite a produção de aços mais limpos com menos inclusões, melhorando o desempenho de laminação a quente e a frio - especialmente as propriedades de tração. O DRI também ajuda a diminuir o teor de enxofre e modificar a morfologia das inclusões de sulfeto, melhorando a qualidade do aço, a ductilidade e a resistência à expansão e torção.
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