Cálculo da temperatura adiabática da chama de um alto-forno

Universidade Federal de Minas Gerais
Escola de Engenharia
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais

2º Trabalho de Termodinâmica Metalúrgica
Cálculo da Temperatura Adiabática da Chama de um Alto-Forno

Belo Horizonte
2012
Introdução A Siderurgia é o ramo da metalurgia que se dedica à fabricação e tratamento de aços e ferros fundidos. O aço é uma variante do ferro que tem em sua composição uma concentração levemente menor de carbono. O ferro é encontrado na natureza sob a forma de vários compostos, destacando-se a hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (FeO[OH]), siderita (FeCO3) e pirita (FeS2). Como observado, todos os minérios de ferro contém ferro combinado com oxigênio. Assim, para obter ferro puro é necessário eliminar o oxigênio. A eliminação é realizada no alto-forno, no qual se deposita o minério de ferro, o coque ou carvão vegetal e fundentes (calcário). Essas matérias-primas são carregadas no alto-forno. O ar pré-aquecido a certa uma temperatura é soprado pela parte de baixo do alto forno. O coque, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá-se início ao processo de redução do minério de ferro, transformando-o em um metal líquido: o ferro-gusa. O aço é produzido a partir da "purificação" do ferro-gusa e sua fabricação pode ser dividida em quatro etapas: preparação da carga, redução, refino e laminação. O alto-forno é construído de tijolos e envolvido por uma carcaça protetora de aço. Sua parte externa é revestida com metal e a parte interna com material refratário, onde é fundido o minério de ferro, a fim de transformá-lo em ferro-gusa.

Figura 1: Matérias-primas e produtos do alto-forno.
(Fonte: Etapas de Fabricação do aço e Ferro Fundido. Apostila SENAI, SP). A estrutura interna do alto-forno pode ser dividida em zonas distintas: zona granular, zona de amolecimento e fusão, zona de gotejamento e zona de combustão. Na zona de combustão ocorre a queima do carbono, proveniente do coque