A sucata de aço é a principal matéria-prima para a fundição em forno a arco. No entanto, a sucata social (reciclada) frequentemente contém altos níveis de elementos nocivos, como Cu, Sn, As e Pb, que são difíceis de remover. A substituição parcial da sucata de aço por materiais alternativos — como gusa (ferro-gusa), ferro de redução direta (DRI), ferro descarbonetado, carboneto de ferro e materiais metálicos compósitos — pode efetivamente reduzir esse problema.
Ferro gusa
Algumas tecnologias são amplamente aplicadas pela EAF, incluindo pistola de oxigênio de carbono, combustão secundária, tecnologia de bico de oxigênio, tecnologia de combustão secundária de gás de forno, etc., que melhoram significativamente a intensidade do fornecimento de oxigênio. Paralelamente, deve-se aumentar a quantidade de carbono; o método mais eficaz é adicionar ferro gusa. Ao unir grandes quantidades de ferro gusa, produz-se uma grande quantidade de calor químico que pode ser utilizado, reduzindo assim o tempo de eletrificação.
No processo de EAF, tecnologias como lanças de carbono-oxigênio, sistemas de combustão secundária, bicos de injeção de oxigênio e pós-combustão de gás de forno são amplamente utilizadas, aumentando significativamente a intensidade do suprimento de oxigênio. Para equilibrar isso, o teor de carbono também deve ser aumentado, sendo o método mais eficaz a adição de metal quente (ferro-gusa). Quando grandes quantidades de ferro-gusa são adicionadas, uma quantidade significativa de calor químico é liberada, o que pode ser utilizado de forma eficiente para reduzir o tempo de ignição (fusão).
Vantagens da adição de ferro-gusa:
- Encurta o ciclo de fundição
- Aumenta a eficiência térmica
- Dilui impurezas nocivas no aço fundido
Ferro Reduzido Diretamente (DRI)
Redução direta refere-se ao processo de redução de minério de ferro ou óxidos em ferro metálico a temperaturas abaixo do seu ponto de fusão, normalmente em fornos de cuba ou fornos rotativos. Com base na forma do produto, o DRI pode ser classificado como ferro-esponja, pelotas metalizadas ou ferro briquetado a quente (HBI). O processo pode ser baseado em gás ou carvão.
Vantagens de adicionar DRI:
- Baixo em impurezas nocivas como P, S e N; oferece composição química estável
- Ferro esponja e HBI podem ser alimentados continuamente no forno, reduzindo o tempo de desligamento e a perda de calor
- Promove a formação de escória de espuma, o que prolonga a vida útil dos refratários e eletrodos do forno
Ferro-gusa descarbonetado
O ferro fundido do alto-forno é temperado com água de alta pressão para formar pelotas de ferro-gusa (3 a 10 mm). Essas pelotas são então descarbonetadas em um forno rotativo a temperaturas controladas.
Vantagens do ferro-gusa descarbonetado:
- O conteúdo de ganga é 1–3% menor que o do DRI, reduzindo o consumo de energia
- Menor teor de enxofre e fósforo em comparação com DRI
- A superfície FeO facilita a geração de escória de espuma
Carboneto de ferro
O carboneto de ferro é produzido pela reação de minério de ferro com gases industriais pré-aquecidos (CO, CO₂, CH₄, H₂ e vapor) em um reator de leito fluidizado sob condições específicas de temperatura e pressão.
Vantagens da adição de carboneto de ferro:
- Adequado para a produção de aço com baixo teor de nitrogênio
- A formação de escória de espuma é mais fácil, mesmo sem injeção de pó de carbono
- Composição limpa com baixo teor de enxofre e fósforo, reduzindo os custos de dessulfuração por tonelada de aço
Materiais metálicos compostos
Materiais metálicos compostos são novos materiais de carga desenvolvidos para substituir parte do ferro-gusa, pelotas ou sucata de aço.
Vantagens dos materiais metálicos compostos:
- Reduzir o consumo de oxigênio
- Menor consumo de energia
- Encurtar o ciclo de fundição
Em resumo, a substituição parcial de sucata de aço por materiais alternativos no processo EAF ajuda a compensar as limitações da sucata e melhora significativamente a pureza do aço fundido.
