[pt] O presente trabalho consiste de um modelo matemático termoquímico de simulação do processo Tecnored de produção de ferro primário, construído através do estudo e equacionamento da fenomenologia do processo, levando em consideração os aspectos termodinâmicos e operacionais, bem como a geometria do reator. Apesar de ser um modelo estático, considerações cinéticas de laboratório e de planta piloto foram usadas para estimar a extensão das principais reações químicas nas diferentes regiões do forno. Para construção do modelo o reator foi dividido em três zonas, a saber: cuba superior, zona de amolecimento e fusão, e cuba inferior. Para cada uma das zonas foram descritas as fenomenologias e reações químicas envolvidas, condicionadas ao balanço global das espécies químicas presentes no processo. As saídas do programa permitiram uma análise da engenharia de processo global e estagiada. Através do modelo construído é possível prever o comportamento do processo com diferentes tipos de matériasprimas e em diferentes condições operacionais. Adicionalmente, o modelo servirá para a checagem da operação do primeiro forno industrial desta tecnologia, atualmente em construção, comparando com os dados obtidos através da operação da planta piloto. Os resultados obtidos mostraram que a técnica de modelagem utilizada constitui-se em uma poderosa ferramenta de análise global e estagiada, confirmando as vantagens de consumo de combustível, eficiência energética e de geração de gases do processo Tecnored em relação à tecnologia tradicional do alto-forno. / [en] The present work consists of a Tecnored ironmaking process oriented thermo-chemical modeling, built after a thorough assessment of the process phenomena and considering besides the peculiarities of the reactor, a number of applicable thermodynamic and operational aspects. In spite of being a thermochemical model, bench scale and pilot plant based kinetics considerations have been taken in account in order to estimate the extension of the main reactions in different parts of the furnace. The framework involved the division of the furnace in three main zones, namely Solid-state Reduction Zone (SRZ), Softening and Melting Zone (SMZ) and Dripping and Hearth Zone (DHZ). In each of the zones the existing chemical processes and overall process phenomena have been evaluated conditional to the global mass balance ruling the process. The model developed shall be used onwards to predict the behavior of the process under different conditions of raw material usage and operational modes. Moreover, the model shall be applied to compare the results of the industrial plant (under construction) with the available bench and pilot plant data, with the intention of gathering information to be used in the optimization of the model and subsequently the process. The results obtained thus far show that the applied modeling technique is a powerful tool for the global and stage-wise analysis of the process, confirming the advantageous performance of the technology as far as fuel-rate, thermal efficiency and environmental soundness are concerned.

[pt] Pelo presente trabalho, buscou-se desenvolver uma ferramenta capaz de analisar e otimizar o uso de pelotas de minério de ferro em processos tradicionais de redução direta do tipo forno cuba. A criação de um modelo termoquímico do processo MIDREX foi proposta e elaborada dentro da PUC-Rio, levando-se também em conta alguns aspectos cinéticos relativos à redução dos minérios e à carburização do ferro-esponja, bem como alguns parâmetros operacionais. Este modelo foi subseqüentemente adaptado para interagir com um segundo modelo termoquímico de forno elétrico a arco da RS Consultants, representando assim a cadeia de fabricação de aço líquido primário pela rota redução direta - forno elétrico a arco. Para o gerenciamento computacional do processo de otimização e interação com os dois modelos acima citados, desenvolveu-se, adicionalmente, um terceiro modelo, o qual foi designado neste trabalho como modelo GESTOR. Um máximo uso de ferro-esponja ― e de pelotas, conseqüentemente ― é objetivado sempre que possível, sob determinadas condições operacionais pré-estabelecidas. A avaliação econômica destes processos foi embasada em conceitos de valor de uso. Alguns resultados são apresentados neste trabalho, para demonstrar a efetividade e o poder de análise da ferramenta e espera-se que os profissionais da Samarco possam fazer uso deste instrumento de trabalho, dando o devido suporte à tomada de decisão à comercialização e ao desenvolvimento de produtos existentes ou novos. / [en] The study at issue searched for developing an innovative tool able to effectively analyze and optimize the industrial usage of iron ore pellets undergoing traditional gas-based direct reduction processes. The creation of a thermochemical model for MIDREX process was proposed and carried out by PUC-Rio, taking into account relevant characteristics related to DRI carburization and reduction kinetics, as well as some important operating parameters. Subsequently, this model was adapted in order to interact with a second thermo-chemical model owned by RS Consultants and able to represent an electric arc furnace operation. In this sense, it has been possible to represent thereby the iron and steelmaking route based on direct reduction and electric arc furnace. For the computational management of the optimization methodology and interaction involving the two models above-mentioned, a third model was developed and referred to as GESTOR model. It was built to maximize the DRI usage ¯ and pellets utilization, consequently ¯ respecting certain operating conditions previously established. Economic assessments shall be made premised upon value in use concepts. Some results are shown in this study, based on a hypothetical scenario, aiming at proving the effectiveness of this tool. Its adoption by Samarco´s experts is expected as an important supportive methodology to help them to make decisions properly concerning both marketing strategies and product development activities.