SÉRIE
ESTUDOS SETORIAIS
NOTA TÉCNICA DEA 02/09
Caracterização do uso da
Energia no Setor Siderúrgico
brasileiro
Rio de Janeiro
Abril de 2009
Ministério de
Minas e Energia
SÉRIE
ESTUDOS DE ENERGIA
NOTA TÉCNICA DEA 02/09
GOVERNO FEDERAL
Ministério de Minas e Energia
Ministro
Édison Lobão
Secretário Executivo
Márcio Pereira Zimmermann
Caracterização do uso da
Energia no Setor
Siderúrgico
brasileiro
Secretário de Planejamento e Desenvolvimento
Energético
Altino Ventura Filho
Empresa pública, vinculada ao Ministério de Minas e Energia, instituída
nos termos da Lei n° 10.847, de 15 de março de 2004, a EPE tem por
finalidade prestar serviços na área de estudos e pesquisas destinadas a
subsidiar o planejamento do setor energético, tais como energia elétrica,
petróleo e gás natural e seus derivados, carvão mineral, fontes
energéticas renováveis e eficiência energética, dentre outras.
Presidente
Mauricio Tiomno Tolmasquim
Diretor de Estudos Econômico-Energéticos e Ambientais
Amilcar Guerreiro
Diretor de Estudos de Energia Elétrica
José Carlos de Miranda Farias
Diretor de Estudos de Petróleo, Gás e Biocombustíveis
Gelson Serva
Diretor de Gestão Corporativa
Ibanês César Cássel
Coordenação Geral
Mauricio Tiomno Tolmasquim
Amilcar Guerreiro
Coordenação Executiva
Ricardo Gorini
Equipe Técnica
Jeferson Borghetti Soares
Arnaldo dos Santos Junior
José Manuel David
José Mauro Campos
Raymundo Aragão Neto
Rogério Matos
URL: http://www.epe.gov.br
Sede
SAN – Quadra 1 – Bloco B – Sala 100-A
70041-903 - Brasília – DF
Escritório Central
Av. Rio Branco, n.º 01 – 11º Andar
20090-003 - Rio de Janeiro – RJ
Rio de Janeiro
Abril de 2009
Ministério de Minas e Energia
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
i
Ministério de Minas e Energia
APRESENTAÇÃO
A Empresa de Pesquisa Energética (EPE) é empresa pública instituída nos termos da Lei
n° 10.847, de 15 de março de 2004, e do Decreto n° 5.184, de 16 de agosto de 2004,
vinculada ao Ministério de Minas e Energia (MME), tem por finalidade prestar serviços na área
de estudos e pesquisas destinados a subsidiar o planejamento do setor energético, tais como
energia elétrica, petróleo e gás natural e seus derivados, carvão mineral, fontes energéticas
renováveis e eficiência energética, dentre outras.
O presente texto insere-se no conjunto de notas técnicas produzidas pela Diretoria de Estudos
Econômico-Energéticos e Ambientais da EPE que contemplam a análise de diversos temas
ligados ao mercado de energia, com foco nas análises de demanda, recursos energéticos,
economia da energia, evolução tecnológica, entre outros. Essas notas técnicas estão
disponíveis no endereço eletrônico <http://www.epe.gov.br/Estudos>.
Entre essas notas técnicas destacam-se os estudos setoriais, cujo principal objetivo é analisar
as várias formas de uso da energia nos diferentes setores de atividade econômica. Esses
estudos fornecem importante subsídio às projeções de demanda de energia, que, por sua vez,
são utilizadas para a determinação das estratégias de expansão da oferta de energia no médio
e no longo prazo. Nesse sentido, os estudos setoriais visam à compreensão da dinâmica de
setores da atividade econômica, permitindo identificar processos vigentes nos mesmos, bem
como potenciais processos de mudança com impacto nas trajetórias de demanda de energia,
constituindo-se, portanto, em importante subsídio à elaboração do Plano Decenal de
Expansão de Energia (PDE) e do Plano Nacional de Energia de Longo Prazo (PNE), e servindo
também de apoio a outros estudos da EPE. Com esse objetivo, um documento desta natureza
cobre aspectos econômicos, energéticos, tecnológicos, logísticos e de infra-estrutura.
Esta nota técnica em particular visa ao estudo do setor siderúrgico brasileiro. Seu objetivo é
caracterizar o uso da energia neste setor de atividade, que responde por importante parcela
do consumo de energia no país, tanto em termos de eletricidade quanto de combustíveis, com
destaque para o carvão (mineral e vegetal).
É obrigação registrar o agradecimento ao Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS), ao Banco
Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) e à Associação Brasileira de
Grandes Consumidores Industriais de Energia e de Consumidores Livres (ABRACE), pela
prestimosa colaboração concedida através de reuniões e discussões enriquecedoras.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
i
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Importa salientar também que, na elaboração deste trabalho, EPE contou com o apoio
especializado de consultoria sobre o setor siderúrgico, realizado pela SETEPLA TECNOMETAL
Engenharia, contratada especificamente para este fim, e serviço cuja excelência revelou-se
de grande valia para o correto entendimento das especificidades do setor siderúrgico,
nomeadamente no que se refere à caracterização das rotas tecnológicas e aos indicadores de
consumo energético, bem como na avaliação das perspectivas de evolução de longo prazo
deste segmento industrial.
Por fim, estende-se o agradecimento à Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e
Mineração (ABM), que disponibilizou à consultoria contratada dados e informações
importantes, relativas a parâmetros técnicos das usinas siderúrgicas brasileiras.
Na obstante as colaborações citadas, deve-se ressaltar que as considerações e os resultados
apresentados nesta nota técnica são da total e exclusiva responsabilidade da EPE.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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Ministério de Minas e Energia
Série
ESTUDOS SETORIAIS
NOTA TÉCNICA DEA 02/09
Caracterização do uso da
Energia no Setor Siderúrgico
brasileiro
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO __________________________________________________1
2. PANORAMA DA INDÚSTRIA SIDERÚRGICA _____________________________7
2.1 PANORAMA MUNDIAL
7
2.2 PANORAMA NACIONAL
15
3. PROCESSO PRODUTIVO E PRODUTOS _______________________________25
3.1 PREPARAÇÃO DOS MATERIAIS
28
3.1.1 Aglomeração do minério de ferro
28
3.1.2 Coqueificação do carvão mineral
29
3.2 REDUÇÃO DO MINÉRIO DE FERRO
30
3.3 PRODUÇÃO DO AÇO (REFINO)
31
3.4 LINGOTAMENTO
33
3.5 LAMINAÇÃO
33
3.6 PRODUTOS SIDERÚRGICOS
34
4. MELHORES PRÁTICAS INTERNACIONAIS: O ESTADO DA ARTE_____________37
5. ROTAS TECNOLÓGICAS DA SIDERURGIA BRASILEIRA ___________________49
6. EXPANSÃO DA INDÚSTRIA SIDERÚRGICA BRASILEIRA, 2008-2025 _________53
6.1 CAPACIDADE INSTALADA DE PRODUÇÃO DE AÇO BRUTO
55
6.2 CAPACIDADE INSTALADA POR UNIDADE DO PROCESSO
56
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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Ministério de Minas e Energia
7. INDICADORES DE CONSUMO ENERGÉTICO DA SIDERURGIA BRASILEIRA _____57
7.1 DADOS HISTÓRICOS DO CONSUMO DE ENERGIA
59
7.2 MATRIZ DE FLUXO DE MATERIAIS
61
7.3 MATRIZ DE CONSUMOS ENERGÉTICOS UNITÁRIOS (CONSUMOS ESPECÍFICOS DE ENERGIA)
63
7.4 COGERAÇÃO DE ELETRICIDADE
68
8. PERSPECTIVAS TECNOLÓGICAS ___________________________________71
8.1 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E EFICIÊNCIA NO USO DE MATERIAIS
72
8.2 FRONTEIRAS TECNOLÓGICAS DO PROCESSO SIDERÚRGICO
74
8.2.1 Fusão redutora
74
8.2.2 Altos-fornos eficientes
75
8.2.3 Lingotamento contínuo
75
8.2.4 Resíduos de plástico como redutor
76
8.2.5 Seqüestro de carbono
77
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ___________________________________79
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 – Produção de aço bruto, por país, 1997-2007 (106 t/ano)
8
Tabela 2 – Exportações líquidas de produtos acabados e semi-acabados de aço, por país, 1997-2006
11
(106 t/ano)
Tabela 3 – Brasil - Produção de aço bruto, por empresa, 2001-2007 (10³ t)
15
Tabela 4 – Brasil - Produção de aço bruto, por tipo de aço, 2001-2007 (10³ t)
16
Tabela 5 – Brasil - Produção de aço bruto, por tipo de aciaria e de lingotamento, 2001-2007 (10³ t)16
Tabela 6 – Brasil - Produção de laminados por tipo e por empresa, 2001-2007 (10³ t)
17
Tabela 7 – Brasil - Produção de produtos semi-acabados para vendas, por empresa, 2001-2007 (10³
t)
18
Tabela 8 – Brasil - Produção de ferro-gusa por empresa, 2001-2007 (10³ t)
18
Tabela 9 – Brasil - Produção de ferro-esponja por empresa, 2001-2007 (10³ t)
19
Tabela 10 – Brasil - Balanço de sucata ferrosa, 2001-2007 (10³ t)
22
Tabela 11 – Brasil - Produção própria de coque por empresa, 2001-2007 (10³ t)
22
Tabela 12 – Brasil – Mercado de coque de carvão mineral, 2001-2007 (10³ t)
23
Tabela 13 – Brasil – Produção de produtos semi-acabados, 2002-2007 (10³ t)
23
Tabela 14 – Brasil – Produção de laminados por tipo, 2002-2007 (10³ t)
24
Tabela 15 – Unidades centrais da siderurgia
27
Tabela 16 – Intensidade Energética Total da Siderurgia, por rota tecnológica e por etapa do
processo (valores por tonelada métrica)
38
Tabela 17 – Intensidade Energética para a Rota Tecnológica: Alto-forno + Forno a Oxigênio (valores
por tonelada métrica)
40
Tabela 18 – Intensidade Energética para a Rota Tecnológica: Fusão Redutora + Forno a Oxigênio
(valores por tonelada métrica)
43
Tabela 19 – Intensidade Energética para a Rota Tecnológica: Redução Direta + Forno Elétrico a Arco
(valores por tonelada métrica)
46
Tabela 20 – Intensidade Energética para a Rota Tecnológica: Redução Direta (100% Sucata) + Forno
Elétrico a Arco (valores por tonelada métrica)
48
Tabela 21 – Rotas tecnológicas das usinas siderúrgicas brasileiras (2008)
6
Tabela 22 – Capacidade de produção de aço bruto (10 t/ano)
51
55
6
Tabela 23 – Capacidade de produção de aço bruto, por rota (10 t/ano)
6
56
Tabela 24 – Capacidade de produção siderúrgica, por unidade (10 t/ano)
56
Tabela 25 – Consumo de energia no setor de ferro-gusa e aço, 2002 - 2007 (10³ tep)
60
Tabela 26 – Participação das fontes no consumo do setor siderúrgico, 2002 - 2007 (%)
60
Tabela 27 – Consumo de energia, produção física e consumo específico, 2002 - 2007
61
Tabela 28 – Autoprodução de eletricidade, 2002 – 2003 e 2005 - 2007 (GWh)
61
Tabela 29 – Matriz de fluxo de materiais (kg de material por tonelada de produto da unidade)
62
Tabela 30 – Matriz de fluxo de materiais (kg de material por tonelada de aço bruto)
63
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
v
Ministério de Minas e Energia
Tabela 31 – Rota 1. Matriz de consumos energéticos unitários (GJ por tonelada de aço bruto)
64
Tabela 32 – Rota 2. Matriz de consumos energéticos unitários (GJ por tonelada de aço bruto)
66
Tabela 33 – Rota 3. Matriz de consumos energéticos unitários (GJ por tonelada de aço bruto)
67
Tabela 34 – Rota 1. Consumo e geração de eletricidade
68
Tabela 35 – Rota 2. Consumo e geração de eletricidade
69
Tabela 36 – Rota 3. Consumo e geração de eletricidade
69
Tabela 37 – Requisitos de consumo de energia para produção de ferro e aço
73
Tabela 38 – Perspectivas globais para novos processos de produção siderúrgicos (fusão redutora) 75
Tabela 39 – Perspectivas globais para novos processos de produção siderúrgicos (conformação direta
do aço)
76
Tabela 40 – Perspectivas tecnológicas globais para a introdução de tecnologias na produção
siderúrgica
78
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Estágio de desenvolvimento do país versus grau de maturidade da indústria siderúrgica 2
Gráfico 2 – Produção mundial de aço bruto, 1950 – 2007 (106 t/ano)
8
6
Gráfico 3 – Produção total de aço bruto, por país, 1997-2007 (10 t/ano)
9
6
Gráfico 4 – Produção de aço bruto, por país, 2007 (10 toneladas)
10
6
Gráfico 5 – Brasil: Histórico do crescimento do mercado de aço, 1997-2007 (10 t/ano)
12
6
Gráfico 6 – Histórico do crescimento do mercado de aço para países selecionados, 1997-2006 (10
t/ano)
13
Gráfico 7 – Consumo aparente per capita de aço no Brasil e no Mundo, 2007 (kg/hab)
15
Gráfico 8 – Participação do carvão vegetal na produção de ferro-gusa (2007)
20
Gráfico 9 – Participação dos estados brasileiros no consumo de carvão vegetal (2007)
20
Gráfico 10 – Custos relativos da energia no estado de Minas Gerais
21
Gráfico 11 – Evolução da produtividade florestal no Brasil
21
Gráfico 12 – Participação dos laminados na produção total (laminados e semi-acabados)
23
Gráfico 13 – Distribuição setorial das vendas de produtos siderúrgicos (%), 2007
24
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 – Destinação das exportações brasileiras de aço, 2007
14
Figura 2 - Indústria Siderúrgica: principais rotas tecnológicas
26
Figura 3 – Rota siderúrgica integrada (Grupo 1: Rotas 1 e 2)
50
Figura 4 – Rota siderúrgica semi-integrada (Grupo 2: Rota 3)
50
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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Ministério de Minas e Energia
1. Introdução
O aço, apesar da concorrência em diversos usos com outros materiais como plásticos,
alumínio, outros metais, madeira e outros, permanece um material competitivo e
dominante em muitas aplicações: indústrias de base, tais como transportes, construção
civil, construção naval, aviação, máquinas e equipamentos, mineração e indústrias ligadas
à produção e transporte de energia, que dependem fortemente das propriedades
características do aço; bens de consumo duráveis, como automóveis e eletrodomésticos;
objetos do uso cotidiano nas residências e escritórios. Embora o mercado de latas para
bebida seja atualmente dominado pelo alumínio, o aço ainda é muito utilizado em latas
para conservação de alimentos. Estes segmentos de mercado deverão garantir consumos
crescentes no futuro, em parte alavancados pela expansão econômica dos países
emergentes, nomeadamente Brasil, Rússia, Índia, China e África do Sul (BRICS).
A atividade siderúrgica é tipicamente relacionada ao desenvolvimento econômico de um
país, o que deriva da sua importância para a construção de infra-estrutura e produção de
equipamentos para outros setores da economia. Assim, os principais mercados de produtos
siderúrgicos se relacionam à indústria automobilística, à construção civil, manufatura de
bens de capital, materiais de transporte, bens de consumo duráveis e infra-estrutura.
O Gráfico 1 mostra uma representação estilizada da relação entre o estágio de
desenvolvimento econômico de um país e a evolução de sua indústria siderúrgica. Como se
pode observar, a taxa de crescimento da capacidade instalada da indústria siderúrgica
tende a ser crescente com a expansão da renda do país, com desaceleração à medida que
a infra-estrutura é construída e, em mercados maduros, este crescimento é declinante.
A siderurgia é um dos segmentos mais energointensivos da indústria e o seu consumo
específico de energia pode ser afetado por vários fatores, entre os quais se destacam: a
rota tecnológica e os processos utilizados, o tipo e a qualidade dos materiais e energéticos
utilizados e o mix de produtos produzidos. As fontes de energia e os materiais utilizados na
produção siderúrgica variam em função dos processos tecnológicos utilizados.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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Ministério de Minas e Energia
Gráfico 1 – Estágio de desenvolvimento do país versus grau de maturidade da indústria
siderúrgica
t/ano/$ investido
Europa Central
Primeiros
tigres
asiáticos
China
Índia
América Latina
Outros emergentes
EUA
Canadá
Europa Ocidental
Industrialização
Pré-industrialização
Pós-industrialização
Transição
PIB per capita
Fonte: IBS (2008).
As rotas tecnológicas para a produção do aço evoluíram muito ao longo do século XX,
principalmente no pós-guerra, tendo sempre visado aumentar a produtividade e o retorno
dos
investimentos
e,
concomitantemente,
tornar
os
processos
siderúrgicos
energeticamente mais eficientes. Outra tendência da siderurgia mundial tem sido a de
procurar reciclar volumes crescentes de sucata ferrosa, que é reutilizada como matériaprima para a produção do aço.
Embora a indústria do pós-guerra apresentasse elevados índices de produtividade, muitos
dos processos produtivos utilizados, então, eram energeticamente pouco eficientes. De
fato, ganhos mais significativos de eficiência energética na indústria passaram a ocorrer
principalmente na segunda metade do século XX e, mais intensamente, a partir das últimas
décadas, quando as preocupações com a questão energética, com a elevação dos preços
dos energéticos e com as questões ambientais, passaram a ganhar importância crescente
nas discussões técnicas setoriais, nas preocupações dos investidores e na opinião pública
em geral.
A produção de aço até o pós-guerra era dominada pelo processo Basic Open Hearth (BOH),
que começou a ser substituído nas décadas de 50 e 60 pelo processo denominado Basic
Oxygen Furnace (BOF), os chamados conversores a oxigênio, permitindo maiores
percentuais de carga líquida e energia (calor) desta carga borbulhada pelo oxigênio no
processo BOF, enquanto que, no processo BOH, parte do calor é gerado pelo consumo de
óleo. Um dos principais processos siderúrgicos, com impacto no consumo de energia,
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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Ministério de Minas e Energia
criados na era do pós-guerra, foi a aglomeração dos finos de minério de ferro, através das
técnicas de sinterização e de pelotização, que não só aumentaram a eficiência química dos
altos-fornos, permitindo melhor fluxo de gases e transferência de calor no alto-forno,
como também fizeram com que diminuíssem os consumos específicos de coque e de outros
materiais para a produção do metal quente. Mais recentemente, a tecnologia de
lingotamento contínuo de placas e tarugos também trouxe implicações energéticas,
eliminando o calor do reaquecimento do lingote e o consumo de energia elétrica na
chamada laminação de desbaste.
Os materiais básicos para a produção do aço são o minério de ferro, o carvão mineral
coqueificável, o carvão vegetal e a sucata ferrosa. Existem abundantes reservas de minério
no mundo que, no entanto, estão concentradas em relativamente poucos países. O Brasil
possui uma das maiores reservas de minério do mundo que, juntamente com as reservas
australianas, são as de melhor qualidade, com teor de ferro contido em torno de 65%.
O processo de fabricação do aço é muito intensivo em capital. Os custos dos materiais e
equipamentos utilizados na produção do aço são elevados, principalmente nas grandes
usinas integradas, que incluem coqueria, sinterização ou pelotização, alto-forno e aciaria.
Foi essa razão que levou ao incremento das chamadas mini-mills, usinas semi-integradas,
geralmente de menor porte, com aciaria elétrica usando sucata como carga metálica. As
aciarias elétricas podem operar em escala reduzida (unidades com capacidade inferior a
500 mil toneladas por ano), embora, atualmente, já existam plantas com capacidade
superior a dois milhões de toneladas anuais.
A indústria siderúrgica é grande consumidora de energia e de materiais e, também, é
responsável por significativo volume de efluentes gasosos e líquidos, bem como
de
resíduos sólidos, especialmente nas etapas de coqueria, sinterização e alto-forno. Por isso,
a indústria tem sido induzida a buscar processos mais eficientes e a reciclar produtos e
subprodutos do processo.
No que se refere à indústria siderúrgica, as vantagens comparativas do Brasil são
evidentes, relativamente à maior parte dos países, em especial por possuir uma das
maiores reservas de minério de ferro de boa qualidade do mundo. A indústria siderúrgica
brasileira iniciou sua produção com a instalação, em 1921, da usina de Sabará, em Minas
Gerais, de propriedade da Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira. Em 1939, a companhia
iniciou a produção de aço na usina de João Monlevade, também em Minas Gerais.
Outro marco importante da siderurgia brasileira foi a instalação da Companhia Siderúrgica
Nacional (CSN) em 1946, à época a maior usina siderúrgica integrada a coque da América
Latina, financiada por fundos do governo e, parcialmente, por investimento americano. Ela
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
3
Ministério de Minas e Energia
fez parte da política do Governo Getúlio Vargas, que tinha como meta o crescimento e a
nacionalização da indústria de base brasileira, procurando reverter, neste caso, a
dependência do País de produtos siderúrgicos importados. Em 1946, a CSN iniciou a
produção do coque metalúrgico e, no mesmo ano, foram ativados os altos-fornos e a
aciaria. Com a entrada em operação, em 1948, da laminação, o País atingiu a autonomia
na produção de ferro e aço.
Na seqüência, ocorreu um forte ciclo de investimentos na indústria siderúrgica brasileira,
com instalação de novas plantas siderúrgicas no País: Acesita (1953), Cosipa (1965) e
Usiminas (1962). Com o crescimento da economia brasileira ao longo da década de 60,
houve necessidade de aumento das importações de aço e, como conseqüência, foi criado
em 1971 o Plano Siderúrgico Nacional (PSN), que deu início a um novo ciclo de expansão da
siderurgia brasileira que tinha por meta quadruplicar a produção nacional de aço. Dessa
forma, entre 1973 e 1986, foram realizados importantes investimentos nas expansões da
CSN, da Usiminas e da Cosipa, na instalação da Usina Siderúrgica da Bahia (USIBA), a única
planta siderúrgica no País que utilizava o processo de redução direta do minério de ferro à
base do gás natural, e na instalação de duas novas grandes usinas siderúrgicas, a
Companhia Siderúrgica de Tubarão (CST), em 1983, e a Açominas que iniciou operação em
1986.
Ao longo da década de 80, houve uma retração do mercado interno de produtos
siderúrgicos, em conseqüência da fraca expansão da economia, e a siderurgia brasileira
iniciou um movimento no sentido de conquistar uma fatia do mercado externo. No
entanto, o mercado mundial também estava desaquecido e se fechava através de medidas
protecionistas, restritivas à importação. A siderurgia brasileira começou a vivenciar
momentos difíceis.
A partir do final da década de 80 e início da de 90, ocorre uma mudança significativa na
organização empresarial da siderurgia brasileira. Integrado numa perspectiva global de que
a forte presença do Estado na economia havia atingido o seu esgotamento, pensamento
que perpassou a maioria das economias mundiais e provocou a reorganização empresarial
de importantes setores da atividade econômica brasileira, tais como telecomunicações e
energia elétrica, iniciou-se o processo de privatização do setor siderúrgico. Numa primeira
fase, com início em 1988, foram privatizadas empresas de menor porte e, no período 19911993, seguiu-se a privatização de seis grandes companhias: Usiminas, CST, Acesita, CSN,
Cosipa e Açominas.
Nos primeiros anos do século XXI, a indústria siderúrgica priorizou investimentos em
modernização tecnológica das usinas. Atualmente, o parque siderúrgico nacional é
constituído por 25 usinas, sendo 10 integradas e 15 semi-integradas ou parcialmente
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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Ministério de Minas e Energia
integradas, controladas por sete grupos empresariais: ArcelorMittal Brasil, Companhia
Siderúrgica Nacional (CSN), Gerdau, Usiminas, Votorantim, Valourec & Mannesman (V&M)
do Brasil e Villares.
No momento da elaboração do presente estudo (primeiro semestre de 2008), configuravase um novo ciclo de importantes investimentos na siderurgia brasileira para os próximos
anos, que deveria mais do que dobrar a capacidade instalada de produção de aço em dez
anos, tendo em vista, não só o mercado interno, mas, também, a exportação de semiacabados e produtos laminados.
Porém, em função das atuais condições decorrentes da crise financeira internacional, o
cenário de expansão da siderurgia aqui apresentado poderá sofrer alterações,
principalmente no curto prazo, uma vez que alguns novos projetos poderão ser
postergados, em virtude de uma provável desaceleração da demanda mundial.
No entanto, ainda é prematura a avaliação sobre a extensão e a profundidade da crise,
suas conseqüências sobre o crescimento da economia mundial e seus reflexos na expansão
da indústria mundial e do setor siderúrgico brasileiro, em particular.
Este relatório é composto, além desta Introdução, por sete outras seções: a Seção 2, que
apresenta o panorama mundial e nacional da indústria; na Seção 3, descrevem-se o
processo produtivo e as principais rotas tecnológicas da siderurgia; a Seção 4 trata das
melhores práticas internacionais, em termos de eficiência energética; a Seção 5 contempla
a descrição das principais rotas tecnológicas da siderurgia brasileira; na Seção 6,
apresenta-se um cenário de expansão potencial do parque siderúrgico brasileiro; a Seção 7
ocupa-se da análise do consumo de energia na siderurgia, com base nos consumos unitários
de materiais e nos consumos específicos de energéticos; e, finalmente, a seção 8 aborda
questões relativas às perspectivas tecnológicas da indústria siderúrgica mundial.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
5
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Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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Ministério de Minas e Energia
2. Panorama da indústria siderúrgica
2.1
Panorama mundial
O período compreendido entre os anos de 1950 e 1973 foi caracterizado por uma forte
expansão da indústria siderúrgica mundial, quando a produção de aço bruto cresceu a um
ritmo de 5,8% ao ano, passando de 190 para 696 milhões de toneladas anuais.
Certa estagnação da indústria siderúrgica mundial foi registrada entre os anos 70 e 90,
período em que houve os dois choques do preço do petróleo e a fragmentação da União
Soviética, o que encareceu os custos da indústria, além de enfraquecer a demanda mundial
de aço. Entre 1973 e 1998, a produção mundial de aço subiu, em média, 0,4% ao ano,
atingindo 777 milhões de toneladas em 1998.
A partir de então, a indústria siderúrgica mundial volta a apresentar altas taxas de
crescimento apoiado principalmente na forte expansão da economia chinesa. Com isso,
entre os anos de 1998 e 2007, houve incremento médio de 5,6% ao ano da produção
mundial de aço bruto, atingindo em 2007 o montante de 1,3 bilhões de toneladas (Gráfico
2).
A Tabela 1 mostra a evolução da produção anual de aço bruto entre 1997 e 2007, para os
principais produtores mundiais em 2007. Os três países que mais se destacaram pelos
incrementos em suas produções foram China, Índia e Ucrânia, que apresentaram os
respectivos crescimentos de 16,2% a.a., 8,1% a.a. e 5,3% a.a. no período. O acréscimo
médio anual da produção chinesa, no período 2000-2007, foi de 51,7 milhões de toneladas
anuais, o que é bem superior à produção brasileira atual, e, nos últimos quatro anos, a
expansão da produção chinesa foi inclusive mais acelerada, com uma média de 66,7
milhões de toneladas anuais.
O Brasil, que em 1997 produziu 26,2 milhões de toneladas de aço bruto, alcançou um total
de 33,8 milhões de toneladas em 2007, com crescimento médio de 2,6% ao ano neste
período. Em 2007, a produção brasileira de aço bruto foi a nona maior no ranking mundial.
A expansão da produção brasileira de aço bruto, em 2007, foi de 9,3%. Além disso, a
produção em 2007 foi superior em 2,7% à maior produção atingida anteriormente, que foi
de 32,9 milhões de toneladas em 2004.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
7
Ministério de Minas e Energia
Gráfico 2 – Produção mundial de aço bruto, 1950 – 2007 (106 t/ano)
1.400
1.300
1.200
1.100
1.000
900
800
ANO
PRODUÇÃO
1950
1960
1970
1980
1990
190
347
595
717
770
2000
2005
2006
2007
848
1.146
1.250
1.344
Crescimento
Acelerado
da China
2º Choque
do Petróleo
1º Choque
do Petróleo
700
Fragmentação
da URSS
600
500
400
300
200
100
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
1980
1978
1976
1974
1972
1970
1968
1966
1964
1962
1960
1958
1956
1954
1952
1950
0
Fonte: Reproduzido de Apresentação por Marco Polo de Mello Lopes, “Panorama do desenvolvimento da
siderurgia brasileira”, Associação Brasileira de Metalurgia (ABM), XXXVIII SEMINÁRIO DE ACIARIA,
maio de 2007. Disponível em: http://www.abmbrasil.com.br/cim/download/seminarioaciaria07palestraconvidada02.pdf. Atualização EPE.
Tabela 1 – Produção de aço bruto, por país, 1997-2007 (106 t/ano)
País
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
China
108,9
114,6
124,0
127,2
150,9
182,2
222,4
280,5
355,8
422,7
489,2
Japão
104,5
93,5
94,2
106,4
102,9
107,7
110,5
112,7
112,5
116,2
120,2
Estados Unidos
98,5
98,7
97,4
101,8
90,1
91,6
93,7
99,7
94,9
98,6
98,2
Rússia
48,5
43,8
51,5
59,1
59,0
59,8
61,5
65,6
66,1
70,8
72,2
Coréia do Sul
42,6
39,9
41,0
43,1
43,9
45,4
46,3
47,5
47,8
48,5
51,4
Alemanha
45,0
44,0
42,1
46,4
44,8
45,0
44,8
46,4
44,5
47,2
48,6
Índia
24,4
23,5
24,3
26,9
27,3
28,8
31,8
32,6
45,8
49,5
53,1
Ucrânia
25,6
24,4
27,5
31,8
33,1
34,1
36,9
38,7
38,6
40,9
42,8
Itália
25,8
25,7
24,9
26,8
26,5
26,1
27,1
28,6
29,4
31,6
32,0
Brasil
26,2
25,8
25,0
27,9
26,7
29,6
31,1
32,9
31,6
30,9
33,8
248,9
243,4
237,2
250,3
245,1
253,6
263,7
283,5
279,2
293,2
302,8
37,0
36,1
34,6
39,1
37,4
40,9
43,0
45,9
45,3
45,3
48,3
América [B]
166,5
166,1
164,6
174,5
157,2
163,8
169,2
179,9
172,9
177,0
181,1
Mundo [C]
799,0 777,3 789,0 847,7 850,3 903,9 969,7 1.068,7 1.146,2 1.250,0 1.344,3
Demais países
América do Sul [A]
Brasil/[A] (%)
70,7
71,3
72,3
71,2
71,5
72,5
72,4
71,7
69,8
68,2
70,0
Brasil/[B] (%)
15,7
15,5
15,2
16,0
17,0
18,1
18,4
18,3
18,3
17,5
18,7
Brasil/[C] (%)
3,3
3,3
3,2
3,3
3,1
3,3
3,2
3,1
2,8
2,5
2,5
Fonte: IISI e IBS. Elaboração EPE.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
8
Ministério de Minas e Energia
Nos últimos dez anos, em torno de 70% da expansão da produção mundial de aço bruto é
proveniente da China, aumentando expressivamente
sua participação na indústria
siderúrgica. A produção chinesa, que em 1997 correspondia a cerca de 14% do total de aço
bruto produzido no mundo, alcançou o montante de 489 milhões de toneladas anuais em
2007, o que equivale a mais de 36% do total mundial (Gráfico 3).
Gráfico 3 – Produção total de aço bruto, por país, 1997-2007 (106 t/ano)
1.600
Demais países
Brasil
1.400
Itália
1.200
Ucrânia
1.000
Índia
800
Alemanha
600
Coréia do Sul
Rússia
400
Estados Unidos
200
0
1997
Japão
China
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Fonte: IISI e IBS. Elaboração EPE.
Desde 2003, o Brasil, à semelhança de muitos outros países, vem perdendo participação na
produção mundial de aço bruto, passando de 3,3% para 2,5% da produção mundial de aço
bruto, em decorrência de uma estagnação de sua produção, aliada ao incremento
acelerado da produção chinesa.
O Brasil foi o nono maior produtor mundial de aço bruto em 2007 e o segundo maior
produtor de aço bruto da América, atrás apenas dos Estados Unidos, que ocupa a terceira
posição no ranking mundial (Gráfico 4).
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
9
Ministério de Minas e Energia
Gráfico 4 – Produção de aço bruto, por país, 2007 (106 toneladas)
Irã
Polônia
Bélgica
UK
Canadá
México
Espanha
França
Taiwan
Turquia
Itália
Brasil
Ucrânia
Alemanha
Coreia do
Índia
Russia
EUA
Japão
China
10,1
10,6
10,7
Produção
14,3
15,6
17,6
19,0
19,2
20,9
25,8
32,0
33,8
42,8
48,6
51,4
53,1
72,2
98,2
120,2
0
100
mundial total = 1.344 milhões toneladas
489,2
200
300
400
500
Fonte: IISI. Elaboração EPE.
A Tabela 2 apresenta as exportações líquidas de produtos acabados e semi-acabados de aço
para os anos entre 1997 e 2006. Apesar de se tratar de dados referentes a produtos
acabados e semi-acabados, pode-se utilizá-los para comparação com a produção e o
consumo aparente de aço bruto, uma vez que a maioria das usinas siderúrgicas atinge pelo
menos o estágio do processo de produção correspondente aos produtos semi-acabados.
Atualmente, o país que tem o maior saldo, em volume, no comércio exterior de produtos
acabados e semi-acabados de aço bruto é a China, que disponibilizou 32,6 milhões de
toneladas para os demais países em 2006, montante um pouco superior à produção
brasileira nesse mesmo ano. Por outro lado, os Estados Unidos, também em 2006,
importaram praticamente o mesmo volume disponibilizado pela China para atender
integralmente a sua demanda interna. Outros países que também se destacaram pelo saldo
positivo no volume de produtos acabados e semi-acabados de aço em 2006 foram o Japão
(30,1 milhões de t), a Ucrânia (29,1 milhões de t), a Rússia (25,6 milhões de t) e o Brasil
(10,7 milhões de t). Entretanto, o Brasil já alcançou saldos maiores, com um máximo em
2003, de 12,4 milhões de toneladas.
É importante ressaltar que há uma dependência cada vez maior do conjunto dos “demais
países” em relação aos dez maiores produtores mundiais de produtos acabados e semiacabados de aço bruto. O volume necessário para complementar a demanda desses países
saltou de 20,3 milhões de toneladas, em 1997, para 83 milhões de toneladas em 2006, um
crescimento de 16,9% ao ano.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
10
Ministério de Minas e Energia
Tabela 2 – Exportações líquidas de produtos acabados e semi-acabados de aço, por país,
1997-2006 (106 t/ano)
País
China
Japão
Estados Unidos
Rússia
Coréia do Sul
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
-4,9
-7,5
-11,3
-9,7
-18,3
-22,6
-35,0
-13,1
0,1
32,6
16,5
20,1
21,3
23,4
25,4
31,9
30,5
30,6
26,8
30,1
-23,3
-33,2
-28,1
-29,0
-22,1
-24,6
-13,9
-24,9
-20,8
-32,6
22,0
20,8
24,7
24,6
22,5
25,5
24,9
26,3
26,3
25,6
1,9
14,8
4,8
2,4
3,2
-1,2
-1,6
-2,7
-2,7
-4,4
6,2
3,7
3,3
4,4
4,8
6,9
6,6
7,3
5,6
4,9
Índia
-0,6
-1,0
0,2
1,2
1,4
1,8
3,0
2,7
0,7
1,2
Ucrânia
15,6
15,6
18,6
21,8
23,8
25,2
25,7
27,4
26,3
29,1
Itália
-3,0
-5,6
-6,1
-5,2
-5,4
-5,2
-6,1
-5,9
-3,9
-6,9
Brasil
8,4
7,1
9,3
8,6
8,2
11,0
12,4
11,4
11,8
10,7
-20,3
-22,0
-21,5
-35,1
-35,6
-48,3
-46,0
-55,3
-62,3
-83,0
6,7
5,0
9,4
8,2
7,7
12,5
11,7
11,3
11,5
7,5
-14,9
-28,7
-18,2
-25,9
-18,8
-16,8
-5,7
-19,2
-15,5
-35,3
Alemanha
Demais países
América do Sul
America
Fonte: IISI. Elaboração EPE.
O Gráfico 5 mostra a evolução da produção e do consumo aparente de aço bruto no Brasil,
além das importações e das exportações brasileiras de produtos acabados e semi-acabados
de aço entre 1997 e 2007. Neste período, a produção cresceu 2,6% ao ano, enquanto o
consumo aparente teve um incremento médio maior, de 3,5% ao ano. Porém, como o
volume de aço bruto produzido é bem superior ao do seu consumo aparente, as
exportações líquidas aumentaram no período.
Entre 1997 e 2007, as importações brasileiras de produtos acabados e semi-acabados de
aço tiveram um aumento médio de 7,9% ao ano, passando de 753 mil para 1,6 milhão de
toneladas, tendo atingido um máximo de 1,9 milhão de toneladas, em 2006. As
exportações brasileiras apresentaram um crescimento médio anual, no período, de 1,2%,
atingindo o volume máximo em 2003, de 13 milhões de toneladas, situando-se, em 2007,
ao nível de 10,3 milhões de toneladas.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
11
Ministério de Minas e Energia
Gráfico 5 – Brasil: Histórico do crescimento do mercado de aço, 1997-2007 (106 t/ano)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1997
1998
1999
Exportações
2000
2001
Importações
2002
2003
Produção
2004
2005
2006
2007
Consumo Aparente
Nota: Os dados são relativos à produção de aço bruto, ao consumo aparente de produtos siderúrgicos e os
dados de exportações e importações utilizados são referentes a produtos acabados e semi-acabados
de aço.
Fonte: IBS. Elaboração EPE.
Para efeito comparativo, o Gráfico 6 apresenta, para o período de 1997 a 2006, a evolução
das produções e dos consumos aparentes de aço bruto, além das importações e das
exportações de produtos acabados e semi-acabados de aço bruto, referentes a seis países
selecionados: China, Estados Unidos, Itália, Índia, Japão e Coréia do Sul.
A China, que é o país com o maior consumo aparente de aço bruto do mundo, era
importadora líquida de produtos do aço até 2004, mas passou a ser exportadora líquida a
partir de 2005, quando sua produção passou a superar o consumo aparente de aço bruto.
Assim como a China, a Índia atingiu recentemente um nível de produção que supre
integralmente o seu consumo aparente, passando, assim, a ser exportadora líquida de aço.
Por outro lado, a Coréia do Sul, que tinha uma produção que superava o seu consumo
aparente de aço bruto até 2001, passou a ser importadora líquida de aço a partir de 2002.
A Rússia e o Japão mantiveram-se, no período analisado, como grandes produtores de aço
bruto, o que os colocava entre os países com os melhores saldos, em volume, das
exportações líquidas de aço.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
12
Ministério de Minas e Energia
Gráfico 6 – Histórico do crescimento do mercado de aço para países selecionados, 19972006 (106 t/ano)
China
Estados Unidos
450
120
400
100
350
300
80
250
60
200
150
40
100
20
50
0
0
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
1997
1998
1999
2000
Índia
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2002
2003
2004
2005
2006
2003
2004
2005
2006
Rússia
80
60
70
50
60
40
50
30
40
30
20
20
10
10
0
0
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
1997
1998
1999
2000
Japão
2001
Coréia do Sul
160
60
140
50
120
40
100
80
30
60
20
40
10
20
0
0
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
1997
1998
1999
2000
2001
2002
1 00
0
1 9 9 7
1 9 9 8
1 9 9 9
2 000
2 001
2 002
2 003
2 004
2 005
Exportações
2 006
Importações
Produção
Consumo Aparente
Nota: Os dados relativos à produção e consumo aparente dizem respeito ao aço bruto, enquanto os dados de
exportações e importações utilizados são referentes a produtos acabados e semi acabados de aço
bruto.
Fonte: IISI. Elaboração EPE.
Já os Estados Unidos vêm se mantendo como os principais importadores mundiais de
produtos acabados e semi-acabados de aço, pois ainda que tenham uma das maiores
produções de aço bruto do mundo, ela não é suficiente para suprir o seu consumo aparente
de aço bruto, o segundo maior consumo do mundo em 2006.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
13
Ministério de Minas e Energia
O Brasil tem, neste sentido, características semelhantes às apresentadas pelo Japão e pela
Rússia, já que produz muito mais aço do que o necessário para o seu consumo interno,
assumindo um papel exportador deste importante insumo para a indústria mundial.A
maioria das exportações brasileiras de aço (51,9% do total em 2007) é destinada aos
demais países da América, sendo 62% deste montante destinado à América Latina e o
restante exportado para a América do Norte. Outras localidades com destaque em relação
ao volume de aço exportado pelo Brasil são a Europa (21,1% do total) e a Ásia (19,8%). A
Figura 1 mostra a distribuição do destino das exportações brasileiras de aço em 2007,
segundo a região.
Figura 1 – Destinação das exportações brasileiras de aço, 2007
Fonte: Reproduzido de Apresentação por Marco Polo de Mello Lopes, “Panorama do desenvolvimento da
siderurgia brasileira”, Associação Brasileira de Metalurgia (ABM), XXXVIII SEMINÁRIO DE ACIARIA,
maio de 2007. Disponível em: http://www.abmbrasil.com.br/cim/download/seminarioaciaria07palestraconvidada02.pdf. Atualização EPE.
O Gráfico 7 apresenta o consumo per capita de aço bruto em países selecionados da
América Latina, da Europa, da Ásia e dos Estados Unidos para o ano de 2007. Nota-se que o
consumo per capita de aço dos países da América Latina ainda se encontra muito abaixo
dos valores verificados nos outros países analisados. No Brasil, o consumo per capita de aço
em 2007 foi em torno de 115 quilogramas, muito abaixo do registrado na Coréia do Sul
(1.136 kg/hab), o maior verificado, e mesmo inferior ao do México (167 kg/hab), o maior
da América Latina, o que indica que ainda há um grande espaço para o crescimento da
demanda de aço no País.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
14
Ministério de Minas e Energia
Gráfico 7 – Consumo aparente per capita de aço no Brasil e no Mundo, 2007 (kg/hab)
China
307
Japão
626
R.F. Alemanha
463
EUA
354
Espanha
556
Itália
628
Coréia do Sul
1.136
Argentina
116
México
167
Chile
161
Brasil
Brasil
115
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
Fonte: IISI. Elaboração EPE.
2.2
Panorama nacional
A produção siderúrgica nacional está concentrada em relativamente poucas empresas,
sendo que cinco delas respondem por mais de 93% da produção de aço bruto. São elas:
Belgo ArcelorMittal Brasil, CSN, CST Arcelor Brasil, Gerdau e Usiminas/Cosipa. O grupo
Usiminas/Cosipa, maior produtor nacional de aço bruto, responde por cerca de 26% da
produção nacional. A Tabela 3 mostra a evolução da produção de aço bruto por empresa
nos últimos anos.
Tabela 3 – Brasil - Produção de aço bruto, por empresa, 2001-2007 (10³ t)
Empresa
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Acesita
786
709
749
835
753
810
797
Aços Villares
508
595
661
816
680
704
0
Barra Mansa
392
387
421
564
579
638
624
Belgo Arcelor Brasil
2.668
2.827
2.889
3.250
3.272
3.569
3.739
CSN
4.048
5.107
5.318
5.518
5.201
3.499
5.323
CST Arcelor Brasil
4.784
4.904
4.812
4.958
4.850
5.136
5.692
Gerdau
5.826
5.999
6.976
7.284
6.889
6.994
8.111
31
24
36
0
0
0
0
7.080
8.447
8.621
8.951
8.661
8.770
8.675
500
500
551
611
592
659
686
MWL Brasil
Usiminas/Cosipa
V&M do Brasil
Villares Metais
Total
94
105
113
122
133
122
135
26.717
29.604
31.147
32.909
31.610
30.901
33.782
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
15
Ministério de Minas e Energia
No que diz respeito ao tipo de aço produzido, em torno de 90% da produção nacional é de
aço carbono e os restantes 10% de aços ligados especiais, como se pode ver na Tabela 4.
Tabela 4 – Brasil - Produção de aço bruto, por tipo de aço, 2001-2007 (10³ t)
Tipo
Aço carbono
Aço ligado
Total
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
25.187
27.897
285.959
30.401
29.145
27.555
30.199
1.530
1.707
2.188
2.508
2.465
3.346
3.583
29.604 288.147
32.909
31.610
30.901
33.782
26.717
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
A Tabela 5 mostra a estrutura da produção brasileira, por tipo de aciaria. Observa-se que a
aciaria a oxigênio responde pela maior parcela da produção de aço (74% em 2007). O
restante da produção provém quase todo de aciarias elétricas (24%), isto é, aciarias a forno
elétrico a arco, e menos de 2% utilizam o chamado forno de energia otimizada (EOF). Por
sua vez, o lingotamento contínuo respondeu por 93% das operações de lingotamento das
siderúrgicas brasileiras em 2007.
Tabela 5 – Brasil - Produção de aço bruto, por tipo de aciaria e de lingotamento, 20012007 (10³ t)
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
20.831
23.093
23.986
24.825
24.071
22.821
25.130
5.403
5.985
6.589
7.513
6.959
7.541
8.081
483
526
572
571
580
539
571
26.717
29.604
31.147
32.909
31.610
30.901
33.782
2.221
2.168
2.488
2.357
2.364
2.337
2.228
24.470
27.406
28.628
30.514
29.206
28.523
31.511
26
32
31
38
40
41
43
Aciaria
Oxigênio (conversor LD)/BOF
Elétrica
EOF
Total
Lingotamento
Convencional
Contínuo
Aço p/ Fundição
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
A produção brasileira de laminados, produto final da cadeia siderúrgica nas usinas
integradas, atingiu 25,9 milhões de toneladas em 2007, das quais 61% de aços planos e 39%
de aços longos. A produção de laminados expandiu, em média, 6,1% ao ano no período
2001-2007. A Tabela 6 mostra a evolução da produção, por empresa, de laminados no
período, por tipo de produto (produtos planos e longos, aços carbono e aços especiais).
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
16
Ministério de Minas e Energia
Tabela 6 – Brasil - Produção de laminados por tipo e por empresa, 2001-2007 (10³ t)
Empresa
Produtos Planos
Aços Carbono
. Acesita
. CSN
. CST Arcelor Brasil
. Usiminas/Cosipa
Aços Especiais-Ligados
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
10.648
11.408
13.202
14.441
14.187
14.454
15.691
10.179
10.906
12.556
13.755
13.575
13.806
15.045
88
64
33
47
54
58
58
3.754
4.178
4.568
4.767
4.534
4.055
4.892
0
118
1.192
1.943
2.340
2.708
2.819
6.337
6.546
6.763
6.998
6.647
6.985
7.276
469
502
646
686
612
648
646
469
502
646
686
612
648
646
Produtos Longos
7.425
7.624
7.888
8.927
8.420
9.050
10.159
Aços Carbono
. Acesita
6.793
6.980
7.140
8.050
7.728
8.346
9.170
. Aços Villares
140
142
137
182
143
132
-
. Barra Mansa
352
355
396
453
446
505
536
2.632
2.733
2.676
3.110
3.010
3.318
3.482
. Belgo-Arcelor Brasil
. Excell
17
0
0
0
0
0
3.336
3.429
3.616
3.981
3.813
4.054
4.772
315
319
313
322
313
333
376
1
2
2
2
3
4
4
632
644
748
877
692
704
989
3
1
0
0
0
0
-
. Aços Villares
204
213
246
263
248
227
-
. Gerdau
243
244
278
357
200
187
692
. V&M do Brasil
130
123
153
186
179
224
227
. Villares Metais
52
63
71
71
65
66
70
18.073
19.032
21.090
23.368
22.607
23.504
25.850
. Gerdau
. V&M do Brasil
. Villares Metais
Aços Especiais-Ligados
. Acesita
Total
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
A produção de semi-acabados para venda, por empresa, evoluiu conforme apresentado na
Tabela 7. Em 2007, 69% da produção de semi-acabados foi de placas e os 31% restantes
constituídos por lingotes, blocos e tarugos. O maior produtor de placas foi a CST Arcelor
Brasil, com 64% da produção, seguido do grupo Usiminas/Cosipa, com 22%. Por sua vez, a
Gerdau respondeu por 93% da produção de lingotes, blocos e tarugos, seguida da Belgo
Arcelor Brasil (4%) e da Siderúrgica Barra Mansa (3%).
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
17
Ministério de Minas e Energia
Tabela 7 – Brasil - Produção de produtos semi-acabados para vendas, por empresa,
2001-2007 (10³ t)
Empresa
Placas
Acesita
CSN
CST Arcelor Brasil
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
5.937
6.883
5.352
5.701
4.186
4.095
4.275
0
11
0
5
0
0
0
257
457
447
388
165
243
325
4.742
4.865
3.553
2.966
2.422
2.372
2.742
Gerdau
451
275
212
1.171
326
316
267
Usiminas/Cosipa
487
1.275
1.140
1.171
1.273
1.164
941
1.780
1.978
2.677
2.450
2.443
2.252
1.886
Lingotes, Blocos e Tarugos
Acesita
151
57
0
0
0
0
0
56
106
130
178
158
214
-
Sid. Barra Mansa
0
0
0
74
87
86
47
Belgo-Arcelor Brasil
7
26
75
28
140
161
76
1.556
1.781
2.462
2.141
2.032
1.780
1.763
10
8
10
29
26
11
-
7.717
8.861
8.029
8.151
6.629
6.347
6.161
Aços Villares
Gerdau
V&M do Brasil
Total
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
A produção de ferro-gusa brasileira é oriunda tanto das siderúrgicas integradas a coque,
quanto dos denominados guseiros independentes que produzem apenas o ferro-gusa, para
posterior utilização nas usinas siderúrgicas.
A Tabela 8 apresenta a evolução, no período 2001-2007, da produção brasileira de ferrogusa, elemento principal na composição da carga metálica das aciarias nas usinas
siderúrgicas integradas.
Os guseiros independentes responderam, em conjunto, por cerca de 28% da produção de
ferro-gusa em 2007 e, entre as empresas produtoras de aço, o maior produtor é o grupo
Usiminas/Cosipa, que respondeu por 24% da produção nacional de gusa.
Tabela 8 – Brasil - Produção de ferro-gusa por empresa, 2001-2007 (10³ t)
Empresa
2001
2002
Acesita
610
536
589
641
628
702
689
Belgo-Arcelor Brasil
991
971
1.002
1.090
1.102
1.104
1.408
CSN
3.922
4.961
5.211
5.372
4.969
3.345
5.114
CST Arcelor Brasil
5.014
5.024
4.790
4.971
4.843
5.094
5.992
Gerdau
3.070
3.080
3.619
3.619
3.658
3.674
3.694
Usiminas/Cosipa
7.032
8.091
8.426
8.615
8.329
8.462
8.436
474
476
533
593
581
604
610
6.278
6.555
7.869
9.657
9.774
9.467
9.628
27.391
29.694
32.039
34.558
33.884
31.750
34.882
V&M do Brasil
Guseiros Independentes
Total
2003
2004
2005
2006
2007
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
18
Ministério de Minas e Energia
Por sua vez, existe um único produtor nacional de ferro-esponja, a Gerdau USIBA, que
utiliza esse insumo como carga metálica na aciaria elétrica da usina. A produção da USIBA,
no período 2001-2007, está apresentada na Tabela 9.
Tabela 9 – Brasil - Produção de ferro-esponja por empresa, 2001-2007 (10³ t)
Empresa
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Gerdau USIBA
340
361
410
440
411
376
362
Total
340
361
410
440
411
376
362
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
Juntamente com o minério de ferro, o carvão metalúrgico se constitui no principal insumo
para a produção siderúrgica nacional, sendo quase a totalidade do mesmo oriundo de
importações: em 2007, foram importados cerca de 14,9 milhões de toneladas de carvão
metalúrgico para uma produção nacional de 144 mil toneladas. Do total de carvão
metalúrgico consumido pelo setor, 10,4 milhões de toneladas foram processadas nas
coquerias das usinas siderúrgicas brasileiras e 3,4 milhões de toneladas foram injetadas ou
alimentadas diretamente nos altos-fornos. (EPE/MME, 2008)1.
Outra característica específica da indústria siderúrgica brasileira é a participação do
carvão vegetal na produção de gusa (Gráfico 8). A grande maioria dos guseiros
independentes utiliza o carvão vegetal na produção do ferro-gusa. Em 2007, foi iniciada a
produção de ferro-gusa a partir do coque na Usipar (Pará), no entanto ainda em volume
não significativo quando comparado à produção total dos guseiros independentes.
As principais características do carvão vegetal, em comparação com o coque, traduzem-se
em menor estabilidade mecânica, conteúdo de cinzas muito inferior e conteúdo de
material volátil muito superior. O uso de carvão vegetal em grandes alto-fornos é limitado
por sua baixa resistência mecânica. Embora o uso de carvão vegetal não resulte em ganho
de eficiência energética, ele pode reduzir significativamente as emissões de CO2, desde
que sua produção seja feita de maneira sustentável.
O estado de Minas Gerais, além de concentrar a maior parcela de produção siderúrgica por
estado no Brasil, também é aquele que responde pelo maior consumo industrial de carvão
vegetal (Gráfico 9). Este padrão de consumo é viabilizado devido aos custos de
combustíveis praticados naquele estado (Gráfico 10), lembrando que o energético
empregado tem que possuir propriedades redutoras aplicáveis ao processo siderúrgico.
Outro fator que merece destaque é a elevação da produtividade florestal para a produção
de carvão vegetal observada nos últimos anos. A expectativa para 2015 é de se atingir um
valor em torno de 27 t/ha (Gráfico 11).
1
É importante ressaltar que os dados relativos ao carvão mineral constantes do Balanço Energético Nacional
podem diferir dos divulgados por outros órgãos, por conta da metodologia utilizada nesta publicação, onde tais
dados estão referenciados a um poder calorífico médio para determinado tipo de carvão.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
19
Ministério de Minas e Energia
Gráfico 8 – Participação do carvão vegetal na produção de ferro-gusa (2007)
Guseiros
independentes
27,0%
Carvão
Vegetal
Usinas integradas
a coque
67,4%
Usinas integradas
a carvão vegetal
5,6%
Nota: a produção dos guseiros independentes é hoje praticamente toda feita a partir do carvão vegetal,
embora já tenha sido iniciada a produção de gusa a partir do coque na Usipar (Pará), porém em
montante ainda pouco significativo quando comparado à produção total dos guseiros independentes.
Fonte: V&M do Brasil (2008). Elaboração EPE.
Gráfico 9 – Participação dos estados brasileiros no consumo de carvão vegetal (2007)
ES
(3%)
Outros
(6%)
SP
(3%)
PA/MA
(25%)
MG
(63%)
Fonte: V&M do Brasil (2008). Elaboração EPE
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
20
Ministério de Minas e Energia
Gráfico 10 – Custos relativos da energia no estado de Minas Gerais
35,0
31,1
30,0
26,4
25,0
22,6
20,5
20,2
20,0
14,8
15,0
11,5
10,0
7,5
5,0
sn
at
ur
al
Gá
et
or
ta
tr
ão
-r
st
ív
el
Al
ca
co
m
bu
in
er
al
m
Ól
eo
vã
o
Ca
r
pe
tr
ó
Co
qu
e
m
de
et
al
le
o
úr
gi
co
l
ge
ta
ve
Co
qu
e
vã
o
Ca
r
Ma
de
ira
de
eu
ca
l
ip
to
0,0
Fonte: V&M do Brasil (2008). Elaboração EPE.
Gráfico 11 – Evolução da produtividade florestal no Brasil
30
27,0
t madeira seca/ha/ano
25
19,8
20
15
10
5
8,3
9,9
1990
1998
2,2
0
1980
2007
2015
estimativa
Fonte: V&M do Brasil (2008). Elaboração EPE.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
21
Ministério de Minas e Energia
Na produção siderúrgica nacional, a sucata ferrosa utilizada como componente da carga
metálica das aciarias é quase toda de origem nacional, seja oriunda de geração interna do
próprio setor siderúrgico, como subproduto das plantas siderúrgicas, ou adquirida no
mercado interno através de produtos descartados pelos consumidores. Em 2007, a geração
interna de sucata pelas usinas siderúrgicas atingiu 2,9 milhões de toneladas e a aquisição
no mercado interno foi de 6,3 milhões de toneladas. O consumo de sucata da indústria
siderúrgica foi de 8,9 milhões de toneladas. O balanço de sucata, para o período 20012007, é apresentado na Tabela 10.
Tabela 10 – Brasil - Balanço de sucata ferrosa, 2001-2007 (10³ t)
Empresa
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Geração Interna
3.099
3.305
3.291
3.467
3.083
2.973
2.876
Aquisição no Mercado Interno
4.024
4.267
5.185
5.436
5.131
5.847
6.315
Consumo
7.074
7.320
8.128
8.487
8.125
8.544
8.853
Importações
11
13
50
68
92
56
46
Exportações
13
13
10
13
12
34
85
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
A Tabela 11 mostra a evolução da produção própria de coque por empresa siderúrgica a
partir de carvão mineral importado. O maior produtor de coque é o grupo Usiminas/Cosipa,
que respondeu, em 2007, por 35% da produção.
Tabela 11 – Brasil - Produção própria de coque por empresa, 2001-2007 (10³ t)
Empresa
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
CSN
1.696
1.738
1.689
1.688
1.666
1.477
1.671
CST Arcelor Brasil
1.626
1.535
1.779
1.815
1.818
1.795
2.699
Gerdau
1.151
1.154
1.151
1.141
1.129
1.137
1.169
Usiminas/Cosipa
2.963
2.928
2.847
3.206
3.127
3.084
2.976
Total
7.436
7.355
7.466
7.850
7.740
7.493
8.515
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
O consumo nacional de coque pela indústria siderúrgica já atingiu 9,5 milhões de
toneladas, em 2003, sendo que, nesse mesmo ano, foi importado um montante de 2,6
milhões de toneladas de coque. A produção nacional, em 2007, foi de 8,5 milhões de
toneladas, o consumo atingiu 9,5 milhões de toneladas (aproximadamente o mesmo nível
de 2003) e a importação foi de 1,6 milhões de toneladas (Tabela 12). Existe ainda uma
quantidade de coque adquirida pelas usinas siderúrgicas de outros produtores nacionais
que, historicamente, era muito pequena, porém cresceu nos últimos dois anos, atingindo,
em 2007, um montante de 1,0 milhão de toneladas.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
22
Ministério de Minas e Energia
Tabela 12 – Brasil – Mercado de coque de carvão mineral, 2001-2007 (10³ t)
Discriminação
2001
Importação
Setor
siderúrgico
2002
2003
2004
2005
2006
2007
1.618
2.084
2.639
2.046
1.560
1.501
1.626
Produção Própria
7.436
7.355
7.466
7.850
7.493
7.493
8.515
Consumo
8.121
8.939
9.528
9.475
9.062
9.057
9.498
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
Quanto ao tipo de produtos disponibilizados pela indústria siderúrgica brasileira, a
participação dos produtos laminados, em relação ao total de laminados e semi-acabados,
tem sido crescente nos últimos anos (Gráfico 12) e, em 2007, foi de aproximadamente 81%.
Os produtos semi-acabados, respondendo pelos restantes 19%, apresentam predomínio das
placas, com cerca de 69% em 2007 (Tabela 13). Finalmente, no que tange aos produtos
laminados, predominam os aços planos (Tabela 14).
Gráfico 12 – Participação dos laminados na produção total (laminados e semi-acabados)
85%
80,8%
80%
75%
70%
65%
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Fonte: IBS (2008). Elaboração EPE.
Tabela 13 – Brasil – Produção de produtos semi-acabados, 2002-2007 (10³ t)
Discriminação
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Placas
6.883
5.352
4.737
4.186
4.095
4.275
Lingotes, blocos e tarugos
1.958
2.677
2.450
2.443
2.252
1.886
Total
8.841
8.029
7.187
6.629
6.347
6.161
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
23
Ministério de Minas e Energia
Tabela 14 – Brasil – Produção de laminados por tipo, 2002-2007 (10³ t)
Discriminação
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Produtos Planos
11.408
13.202
14.441
14.187
14.454
15.691
Produtos Longos
7.624
7.888
8.927
8.420
9.050
10.159
19.032
21.090
23.368
22.607
23.504
25.850
Total
Fonte: Anuário Estatístico IBS - 2008.
Por sua vez, o Gráfico 13 mostra a distribuição setorial das vendas de produtos siderúrgicos
no ano de 2007, indicador que sinaliza os setores maiores consumidores de produtos do
aço. Assim, o setor automobilístico e de autopeças respondeu por cerca de 19% das vendas
diretas
nesse
ano,
seguido
pelo
segmento
de
construção
civil,
com
13%,
relaminação/trefilaria/forjaria, com 11%.
Gráfico 13 – Distribuição setorial das vendas de produtos siderúrgicos (%), 2007
40%
30,9%
30%
20%
18,7%
13,2%
10%
10,6%
6,2%
5,5%
8,3%
6,4%
Outros
Distribuidores e
Revendedores
Tubos c/ costura
Relaminação (fora do
parque)+trefilaria
arames+forjaria
Utilidades domésticas e
comerciais+embalagens e
recipientes
Construção civil
Máq. e Equip. eletroeletrônicos e industriais
Automobilístico+Autopeças
(inclusive carrocerias)
0%
Fonte: IBS (2008). Elaboração EPE.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
24
e
Ministério de Minas e Energia
3. Processo produtivo e produtos
O aço é uma liga de ferro e carbono, sendo o primeiro elemento obtido a partir de
minérios de ferro encontrados na natureza, geralmente sob a forma de óxidos de ferro, e o
segundo obtido a partir do carvão mineral ou vegetal. A produção siderúrgica contempla
várias fases, a primeira das quais consiste na preparação dos materiais, essencialmente o
minério de ferro e o carvão, para utilização como carga no processo. Nessa fase, procedese à aglomeração do minério que tem como objetivo dar uma conformação adequada à
carga metálica que alimenta os altos-fornos, melhorando o seu rendimento, e pode ser
realizada através de dois processos básicos, a sinterização e a pelotização. Por sua vez, o
carvão mineral é transformado em coque metalúrgico nas coquerias.
A segunda fase consiste na separação do metal (ferro) do minério, através de um processo
de redução, para o qual existem basicamente três alternativas: alto-forno, redução direta
e fusão redutora. Ressalta-se que o montante de redução via alto-forno representa mais de
90% do total da redução do minério de ferro. O processo mais conhecido de fusão redutora
é o denominado COREX. Ao contrário do processo via alto-forno, o processo de fusão
redutora utiliza diretamente o carvão mineral e o minério de ferro, sem necessidade das
instalações de coqueificação e sinterização ou pelotização. A terceira fase, de refino, é
realizada nas aciarias, onde é produzido o aço propriamente dito. Os dois principais tipos
de aciaria são o conversor a oxigênio e o forno elétrico a arco (aciaria elétrica). As fases
subseqüentes são o lingotamento e a laminação do aço.
O processo de produção de aço, nas usinas siderúrgicas, segue basicamente duas rotas
tecnológicas:
o
Usinas Integradas: as usinas integradas utilizam, para a redução do minério de ferro,
os altos-fornos, que também são alimentados com o coque obtido a partir do carvão
mineral nas coquerias, resultando o ferro-gusa que é transformado em aço líquido na
aciaria, constituída de um forno a oxigênio, geralmente um conversor LD.
o
Usinas Semi-integradas: usinas que operam as fases de refino e laminação. O aço é
obtido a partir da fusão de metálicos (sucata, gusa e/ou ferro esponja) e refinado em
forno elétrico.
A Figura 2 mostra, esquematicamente, as principais fases do processo produtivo de cada
uma das duas principais rotas tecnológicas da siderurgia.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
25
Ministério de Minas e Energia
Figura 2 - Indústria Siderúrgica: principais rotas tecnológicas
Rota integrada
Preparação
de Materiais
Minério
de Ferro
Carvão
Coqueria
Cal
Pelotização
Sinterização
Minério
Processado
Coque
Redução
Alto-Forno
Ferro-gusa
Refino
(Aciaria)
Conversor a Oxigênio LD
Aço
Líquido
Lingotamento
Lingotamento
Lingotamento contínuo
Lingotes
Fornos de
reaquecimento
Placas
Blocos
Tarugos
Laminação
Laminação a quente
Laminação primária
Laminação a frio
Rota semi-integrada
Materiais geralmente
adquiridos de terceiros
Ferro-gusa
Refino
(Aciaria)
Sucata
Ferro-esponja
Forno Elétrico a Arco
Aço
Líquido
Lingotamento
Lingotamento
Lingotamento contínuo
Lingotes
Fornos de
reaquecimento
Placas
Blocos
Tarugos
Laminação
Laminação a quente
Laminação primária
Laminação a frio
Fonte: SETEPLA/TECNOMETAL engenharia. Elaboração EPE.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
26
Ministério de Minas e Energia
A Tabela 15 mostra resumidamente as unidades centrais da siderurgia e seus respectivos
objetivos.
Tabela 15 – Unidades centrais da siderurgia
Unidades
Objetivo
Minério de ferro
Blendagem
Mistura de tipos diferentes de
minérios
Aglomeração de finos, com produção de
sínter
Acerto da granulometria para
carga nos altos-fornos
Aglomeração de finos, com produção cativa
de pelotas
Carvão mineral ou vegetal
Preparação de
Matérias-Primas
Mistura
Mistura de tipos diferentes de
carvão
Coqueificação do carvão mineral
Acerto de granulometria,
retirada de umidade e de parte
das cinzas
Pulverização de finos para injeção
Acerto granulométrico para
injeção nos altos-fornos
Preparação do carvão vegetal para carga nos
altos-fornos
Compactação e acerto de
granulometria
Fundentes
Preparação de finos para input da
sinterização
Acerto de granulometria
Preparação de ‘’grossos’’ para carga nos
altos-fornos
Acerto de granulometria
Produção cativa de cal, em unidades de
calcinação
Redução de Ca2CO3 (calcário)
para CaO (cal)
Sucata ferrosa para aciaria
Compactação
Acerto de densidade para carga
nos fornos das aciarias
Corte
Gás natural para redução direta
Reforma
Redução do
minério de ferro
Minério de ferro
2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2
Em altos-fornos (produto: gusa)
Redução pelo carbono do
carvão
Produto com C = ~ 3%
Por redução direta (produto: ferro-esponja)
Redução pelo carbono do gás
Produto com C = ~ 1%
(continua)
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
27
Ministério de Minas e Energia
(continuação)
Unidades
Objetivo
Injeção de O2 para diminuir o teor de carbono para até 0,2%
Fabricação do
aço
Em Fornos Elétricos (EAF)
Carga predominante sólida
(sucata)
Em Fornos (EOF)
Carga mista (liquida + sólida)
Metalúrgica Secundária
(Forno Panela e Forno Químico)
Refino do aço, adição de ligas,
dessulfuração, desgaseificação
Lingotamento de Aço
Laminação e
Acabamento
Unidades
acessórias
Placas (largura ≥ espessura)
Matéria-prima para laminação
de planos
Blocos e Tarugos (largura ≈ espessura)
Matéria-prima para laminação
de longos
Laminação a Quente de Planos e Longos
Produção de chapas grossas,
finas a quente, vergalhões,
barras, perfis, fio máquina e
tubos sem costura.
Laminação a Frio de Planos (Produção de
chapas finas a frio)
(espessura < 2 mim)
Revestimento de Planos
Estanhamento e cromagem de
folhas (para latas) Galvanização
de chapas (indústria
automotiva, linha branca,
construção)
Trefilação de Longos
Produção (a frio) de arames e
derivados
Subprodutos da Coqueria
Produção de carboquímicos
Central Termelétrica
Produção de energia elétrica,
com base nos gases internos de
coqueria e altos-fornos
Sistemas de Utilidades e Movimentação
Interna
Fábrica de Oxigênio
Para utilização nos fornos da
aciaria (instalações
terceirizadas na área da usina)
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia, 2008. Elaboração EPE.
3.1
3.1.1
Preparação dos materiais
Aglomeração do minério de ferro
A primeira fase da cadeia de produção do aço, a partir do minério de ferro, consiste na
aglomeração do minério, que é importante para conferir uma melhor uniformidade à carga
que alimenta os altos-fornos, onde se dá a redução do minério, aumentando o rendimento
do processo.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
28
Ministério de Minas e Energia
Os dois processos habitualmente utilizados para a aglomeração do minério são a
sinterização e a pelotização. Mais comumente, utiliza-se, como carga metálica do altoforno, uma mistura que poderá conter o chamado sínter (sinter-feed), pelotas, os
granulados para alto-forno (granulados AF) e, ainda, sucata, em pequenas proporções.
A sinterização utiliza o princípio da fusão incipiente para aglomerar a carga de material,
promovendo uma mistura de finos de minério de ferro, finos de coque ou de carvão
vegetal, de fundentes, de sínter de retorno e de água. A combustão do coque ou do carvão
vegetal contido na carga fornece calor ao processo.
Na pelotização, a força que promove a união dos finos de minério e a separação dos
resíduos sólidos é a força capilar do conjunto material-água, em que a água exerce o papel
de ligante. Algumas substâncias são adicionadas à mistura, como cal, para conferir maior
plasticidade à pelota. As pelotas cruas são posteriormente submetidas a cozimento.
3.1.2
Coqueificação do carvão mineral
Paralelamente à preparação do minério, nas usinas integradas, o carvão mineral é também
submetido a um processo de beneficiamento, sendo transformado em coque metalúrgico,
na unidade de coqueificação, denominada coqueria. Essa transformação do carvão em
coque é feita por destilação em fornos de coqueificação a elevadas temperaturas,
superiores a 1.000 oC, e na ausência de ar para evitar a combustão do carvão mineral,
separando a matéria volátil do resíduo sólido com alta porcentagem de carbono que é o
coque metalúrgico. Além do coque, que é o principal combustível e agente para a redução
do minério de ferro nos altos-fornos das usinas integradas, resulta também o chamado gás
de coqueria, constituído de hidrocarbonetos longos e simples, que é utilizado como
combustível para aquecimento na própria coqueria e, parcialmente, no alto-forno e nos
fornos de aquecimento.
Durante o processo de coqueificação, além do gás de coqueria são recuperados ainda
outros componentes orgânicos, entre os quais o óleo e outros produtos líquidos, para
reutilização ou conversão em subprodutos para venda ou uso interno. Alguns dos
componentes
recuperados
são
considerados
maléficos
para
a
saúde
e
mesmo
carcinogênicos e, conseqüentemente, requerem processamentos especiais. Além disso, os
subprodutos da coqueria têm perdido valor ao longo do tempo e geralmente é
antieconômico fazer a sua recuperação, porque muitos deles encontram substitutos
concorrentes derivados do petróleo. Por essas razões e porque o processo de coqueificação
do carvão mineral está sujeito a regulação ambiental severa, principalmente nos EUA e
Europa, poderá ocorrer escassez do coque de carvão a nível mundial e a tendência é um
deslocamento da produção para países em desenvolvimento.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
29
Ministério de Minas e Energia
3.2
Redução do minério de ferro
A produção de ferro consiste na separação deste metal do minério. É o processo mais
intensivo em capital e mais energointensivo da cadeia de produção do aço. A redução do
minério pode ocorrer basicamente através de três alternativas:
o
A primeira delas envolve a produção de ferro-gusa em altos-fornos, que utiliza o
coque de carvão mineral ou o carvão vegetal como redutor. Melhorias deste processo
incluem, por exemplo: a injeção de carvão para deslocamento da demanda de coque,
o uso de materiais refratários com melhores propriedades e/ou adoção de novas
técnicas de controle de processo;
o
Outro processo utiliza normalmente o gás natural como redutor, sendo conhecido
como processo de redução direta;
o
Finalmente, o processo conhecido como fusão redutora, objetiva produzir metal
líquido diretamente a partir de finos ou concentrados de minério. Os fornos de fusão
redutora utilizam geralmente carvão como combustível.
Os três processos são distintos, tanto no que se refere à composição da carga que os
alimenta, quanto no que diz respeito ao tipo de produto resultante.
O alto-forno é o processo mais difundido na siderurgia brasileira para a redução do
minério. É, geralmente, alimentado com uma carga metálica composta por granulados
(granulados para alto-forno (AF)), sínter, pelotas e uma porcentagem de sucata de ferro.
Esta carga metálica segue para o alto-forno, que é revestido internamente com materiais
refratários, e onde se utilizam também, dependendo da planta, dois tipos de agentes
redutores: coque de carvão mineral ou carvão vegetal. Ressalta-se que a grande maioria
das usinas siderúrgicas integradas utiliza altos-fornos a coque. No alto-forno, através da
introdução de ar pré-aquecido, dá-se a gaseificação do coque e esse gás, denominado gás
de alto-forno, rico em monóxido de carbono (CO), é utilizado tanto como redutor quanto
como combustível para produção do ferro-gusa, material que ainda contém muitas
impurezas em sua composição e um teor de carbono elevado para se obter as propriedades
desejadas dos aços comerciais.
Assim, a redução do minério de ferro dá-se no interior do alto-forno, acompanhada de
fluxos intensos de materiais e gases, resultantes de diferentes reações químicas que
ocorrem simultaneamente em diversas regiões do interior do alto-forno. As temperaturas
na câmara de combustão do alto-forno atingem valores da ordem de 1.000 a 1.250 oC.
Novas tecnologias para o alto-forno incluem a injeção de carvão e gás natural para
deslocar o coque, refratários com melhores propriedades e novas técnicas de controle do
processo. Existe, também, a possibilidade de usar outros combustíveis, tais como resíduos
de madeira ou plásticos.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
30
Ministério de Minas e Energia
O forno de redução direta utiliza, como carga metálica, granulados de minério para
redução direta (RD) ou pelotas e, como redutor, gás natural ou um redutor à base de
carvão. Para ser economicamente viável, o processo de redução direta a gás natural
depende do preço do gás que tem sofrido aumentos substanciais.
O processo de fusão redutora, que representa uma nova geração de tecnologias de
produção de ferro, tem como objetivo produzir metal líquido diretamente a partir de finos
ou concentrados de minério. Os fornos de fusão redutora utilizam geralmente carvão como
combustível, em vez de gás natural, em virtude da abundância do carvão no mundo e do
seu custo relativamente baixo. O uso direto de carvão evita a necessidade do coque dos
altos-fornos, uma commodity cara e com oferta cada vez mais limitada. Por sua vez, a
possibilidade de usar finos ou concentrados de minério elimina custos de aglomeração por
sinterização ou pelotização.
Existem processos comercialmente disponíveis, como o COREX, que usa diretamente o
carvão, porém utiliza pelotas ou granulados e produz energia em excesso que deve ser
utilizada no próprio processo para que ele seja econômico. O desenvolvimento dos
processos de fusão redutora caminha no sentido de buscar tecnologias de mais baixo custo,
redução da necessidade de aglomeração dos finos de minério, flexibilidade de localização
e alcance de escala econômica. As pesquisas buscam aperfeiçoar os fornos de fusão
redutora, em particular o uso de novos refratários e sistemas de resfriamento de água
energeticamente eficientes.
3.3
Produção do aço (refino)
A produção do aço propriamente dito é feita nas chamadas aciarias. O principal objetivo
do refino é modificar a composição química do metal para ajustá-lo à composição desejada
para o aço, etapa que inclui a remoção de elementos desnecessários e a adição de outros.
O refino é realizado em fornos especiais (chamados conversores) a oxigênio, dos quais o
mais difundido é o chamado conversor LD, no caso da rota integrada de produção do aço, e
o forno elétrico a arco, no caso da rota semi-integrada, através de reações químicas
endotérmicas que utilizam, como fonte de energia, o próprio calor imanente do gusa
líquido ou energia elétrica.
Os objetivos da etapa de refino são o ajuste da quantidade de carbono, entre outros
elementos de liga, à proporção necessária para a obtenção das propriedades desejadas, e a
redução para níveis aceitáveis de elementos residuais, como fósforo, enxofre e nitrogênio.
No caso da rota integrada, a carga do conversor a oxigênio, composta de gusa líquido
proveniente de alto-forno, juntamente com minério, ferro fundido, sucata ferrosa, cal e
fluorita, sofre um processo de alteração de composição química, com redução do teor de
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
31
Ministério de Minas e Energia
carbono, através da injeção de oxigênio e adição de ferroligas, como o manganês, e outros
elementos, como alumínio ou silício, resultando o aço. Geralmente, a carga metálica do
conversor contém de 65 a 90% de ferro-gusa (em média 75%) e o restante da carga é
essencialmente sucata ferrosa reciclada.
É habitual, nas usinas integradas, existir uma segunda fase de refino, o refino secundário,
também chamado de metalurgia de panela, que é realizado fora do equipamento de fusão
(conversor a oxigênio) e tem por objetivo remover impurezas prejudiciais às características
desejadas para o aço, que não puderam ser eliminadas no processo de fusão. As operações
de refino secundário incluem normalmente os seguintes processos:
o
Desoxidação
o
Dessulfuração
o
Desgaseificação (remoção de hidrogênio e nitrogênio)
o
Acerto da composição química do aço
o
Descarburação
o
Alteração da morfologia das inclusões remanescentes
Além do ajuste preciso das propriedades físico-químicas do aço, o refino secundário
promove um aumento expressivo no rendimento dos processos de fusão.
Na rota semi-integrada, as aciarias são constituídas por fornos elétricos a arco. Esses
fornos elétricos podem funcionar com corrente alternada ou com corrente contínua. A
carga metálica utilizada nos fornos elétricos é, geralmente, composta por um mix de ferroesponja e sucata ferrosa e, por vezes, também granulados, os chamados granulados para
redução direta (granulados RD). Os primeiros fornos elétricos usavam corrente alternada e,
só a partir da década de 80, é que os fornos a corrente contínua passaram a ganhar
espaço. No forno a corrente alternada, o arco voltaico dá-se entre um dos seus três
eletrodos e a carga metálica, enquanto que no forno a corrente contínua o arco é vertical,
entre um único eletrodo e a carga metálica, conseqüentemente com menor consumo de
eletrodos.
O forno elétrico a arco começou a ser utilizado na rota tecnológica semi-integrada,
principalmente, nas chamadas mini-mills. Inicialmente, as mini-mills basearam-se em
premissas de reciclagem abundante e conseqüente disponibilidade de sucata ferrosa a
baixo preço, plantas pequenas de baixo investimento compostas de um forno elétrico a
arco. Nas décadas de 60 e 70, o forno elétrico a arco era utilizado somente para a
produção de produtos longos e cresceu substituindo o forno do tipo open hearth, porém
essa tecnologia passou a entrar, também, no mercado de produtos planos deslocando parte
da produção à base do conversor a oxigênio. Tal como ocorre na rota integrada, nas usinas
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
32
Ministério de Minas e Energia
semi-integradas também existe, geralmente, a fase de refino secundário do aço vazado dos
fornos elétricos a arco.
A eletricidade responde por cerca de 65% do consumo total de energia de um forno elétrico
a arco. Os restantes 35% são oriundos de energia química gerada pela oxidação do carbono
e do ferro e pelos queimadores de combustível.
No parque siderúrgico brasileiro, cerca de 74% das aciarias utilizam conversores a oxigênio
e, dos 26% restantes, a maioria (24%) são aciarias elétricas (fornos elétricos a arco),
havendo, ainda, 2% de aciarias com fornos a energia otimizada (EOF).
3.4
Lingotamento
Após a fase do refino, o aço já possui a composição química desejada e é submetido a um
processo de conformação inicial, antes de passar à fase de laminação. O processo de
solidificação mais comum é o lingotamento contínuo, que produz os semi-acabados (placas,
blocos ou tarugos) a partir do aço líquido.
No lingotamento convencional, o aço líquido é vazado nas chamadas lingoteiras e é
resfriado tomando a forma de lingotes, que depois passam por fornos de reaquecimento
que os preparam para serem laminados. Por sua vez, no lingotamento contínuo, o aço sai
diretamente da aciaria para uma primeira fase de laminação, dispensando os fornos de
reaquecimento.
3.5
Laminação
Finalmente, tem lugar a última fase do processo siderúrgico, a laminação, em que o aço,
em processo de solidificação, é submetido a tratamentos físicos e químicos visando
conformá-lo mecanicamente às necessidades de suas aplicações. Nesta etapa são
produzidas chapas grossas e finas, bobinas, vergalhões, tarugos, arames, perfilados,
barras, fios etc. Os laminadores, no que se refere a condições operacionais, podem
funcionar a quente ou a frio e, relativamente à forma dos produtos fabricados, podem ser
classificados em planos ou longos, que incluem perfis, trilhos, arame, entre outros.
O aço pode receber, ainda, tratamento de galvanização (ou zincagem), processo cuja
finalidade é revestir a superfície da bobina laminada a frio com uma fina camada de zinco,
para aumentar a resistência à corrosão, ou receber um revestimento de estanho e cromo
para a produção, respectivamente, de folhas-de-flandres e folhas cromadas.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
33
Ministério de Minas e Energia
3.6
Produtos siderúrgicos
Os produtos siderúrgicos podem ser classificados com base, tanto na sua composição
química quanto na sua forma geométrica. Assim, é habitual classificá-los relativamente à
sua composição química, nos seguintes tipos2:
o
Aços carbono: são aços ao carbono, ou com baixo teor de liga, de composição
química definida em faixas amplas.
o
Aços ligados/especiais: são aços ligados ou de alto carbono, de composição
química definida em estreitas faixas para todos os elementos e especificações
rígidas.
o
Aços construção mecânica: são aços ao carbono e de baixa liga para forjaria,
rolamentos, molas, eixos, peças usinadas etc.
o
Aços ferramenta: são aços de alto carbono ou de alta liga, destinados à
fabricação de ferramentas e matrizes, para trabalho a quente e a frio, inclusive
aços rápidos.
Relativamente à forma, os produtos podem ser classificados em:
Semi-acabados: produtos oriundos de processo de lingotamento contínuo ou de laminação
de desbaste, destinados a posterior processamento de laminação ou forjamento a quente.
o
Placas
o
Blocos
o
Tarugos
Produtos Planos: produtos siderúrgicos resultantes do processo de laminação, cuja largura
é extremamente superior à espessura (L >> E), e são comercializados na forma de chapas e
bobinas de aços carbono e especiais.
Não revestidos, em "aços carbono"
o
⇒
Bobinas e chapas grossas do laminador de tiras a quente LTQ (5 mm < E > 12,7 mm)
⇒
Bobinas e chapas grossas do laminador de chapas grossas LCG (E > 12,7 mm)
⇒
Bobinas e chapas finas laminadas a quente (BQ/CFQ)
⇒
Bobinas e chapas finas laminadas a frio (BF/CFF)
Revestidos, em "aços carbono"
o
⇒
Folhas para embalagem (folhas de flandres recobertas com estanho e folhas
cromadas)
⇒
Bobinas e chapas eletro-galvanizadas
2
Conforme descrito em http://www.ibs.org.br/siderurgia_produtos_siderurgicos_geometrica.asp.
Acesso em 29/01/2008.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
34
Ministério de Minas e Energia
⇒
Bobinas e chapas zincadas a quente
⇒
Bobinas e chapas de ligas alumínio-zinco
⇒
Bobinas e chapas pré-pintadas
Em "aços especiais"
o
⇒
Bobinas e chapas em aços ao silício (chapas elétricas)
⇒
Bobinas e chapas em aços inoxidáveis
⇒
Bobinas e chapas em aços ao alto carbono (C >= 0,50%) e em outros aços ligados
Produtos Longos: produtos siderúrgicos, resultado de processo de laminação, cujas seções
transversais têm formato poligonal e seu comprimento é extremamente superior à maior
dimensão da seção, sendo ofertados em aços carbono e especiais.
Em aços carbono
o
⇒
Perfis leves (h < 80 mm)
⇒
Perfis médios (80 mm < h <= 150 mm)
⇒
Perfis pesados (h > 150 mm)
⇒
Vergalhões
⇒
Fio-máquina (principalmente para arames)
⇒
Barras (qualidade construção civil)
⇒
Tubos sem costura
⇒
Trefilados
Em aços ligados / especiais
o
⇒
Fio-máquina (para parafusos e outros)
⇒
Barras em aços construção mecânica
⇒
Barras em aços ferramenta
⇒
Barras em aços inoxidáveis e para válvulas
⇒
Tubos sem costura
⇒
Trefilados
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
35
Ministério de Minas e Energia
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36
Ministério de Minas e Energia
4. Melhores práticas internacionais: o estado da arte
No sentido de contribuir para a análise energética do setor siderúrgico, apresentam-se,
nesta seção, indicadores de consumo energético no setor, que correspondem aos melhores
níveis de eficiência energética praticados pela indústria mundial, isto é, representam o
atual estado da arte em termos de eficiência energética, de acordo com Worrell et al
(2007). Os indicadores apresentados referem-se à denominada intensidade energética dos
diferentes tipos de energético nas várias etapas da cadeia siderúrgica, isto é, ao consumo
de energia por unidade física de produto3. A unidade de produto utilizada é, geralmente, a
tonelada métrica de aço.
Os valores da intensidade energética, em cada fase da indústria siderúrgica, são
apresentados para quatro possíveis configurações de processo, isto é, quatro variantes de
rota tecnológica. No que se refere às etapas de redução do minério e aciaria, as
configurações consideradas são caracterizadas por:
o
Alto-forno e aciaria a oxigênio
o
Fusão redutora e aciaria a oxigênio
o
Redução direta (ferro-esponja + sucata) e aciaria elétrica
o
Redução direta (sucata) e aciaria elétrica
Os valores de intensidade energética, para as quatro configurações, incluem duas
hipóteses relativamente às etapas posteriores à produção do aço líquido na aciaria e que
estão presentes na maioria das plantas siderúrgicas, principalmente nas usinas integradas.
Dessa forma, consideram-se as etapas de lingotamento e laminação, com as seguintes
alternativas:
lingotamento
contínuo/laminação
a
quente,
lingotamento
contínuo/laminação a frio e acabamento, e o denominado thin slab casting.
A Tabela 16 mostra a intensidade energética total, por rota tecnológica e por etapa do
processo siderúrgico, para as quatro alternativas de rota tecnológica consideradas.
Conforme se observa, a rota tecnológica mais energointensiva é a fusão redutora
combinada com aciaria a oxigênio e, naturalmente, a rota menos consumidora de energia
corresponde à produção secundária de aço, a partir de sucata, associada à aciaria elétrica.
3
Neste caso, este indicador também pode ser denominado consumo específico de energia.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
37
Ministério de Minas e Energia
Tabela 16 – Intensidade Energética Total da Siderurgia, por rota tecnológica e por etapa
do processo (valores por tonelada métrica)
Etapa
Processo
Preparação de
Materiais
(minério e
carvão)
Redução
(fabricação do
ferro)
Refino - Aciaria
(fabricação do
aço)
Lingotamento e
Laminação
Sinterização
Redução Direta
+ Forno
Elétrico
Sucata + Forno
Elétrico
GJ/t
GJ/t
GJ/t
GJ/t
1,9
1,9
0,6
Coqueificação
0,8
Alto-forno
12,2
Fusão Redutora
Forno a Oxigênio
11,7
-0,4
-0,4
Forno Elétrico
Refino
0,6
17,3
Redução Direta
2,5
0,1
2,4
0,1
Lingot. contínuo
0,1
0,1
0,1
0,1
Lamin. a quente
1,8
1,8
1,8
1,8
16,5
19,5
18,6
4,3
Lamin. a frio
0,4
0,4
Acabamento
1,1
1,1
18,0
21,0
18,6
4,3
0,2
0,2
0,2
0,2
14,8
17,8
16,9
2,6
Total
Alternativa a:
Lingot. e Lamin.
Fusão Redutora
+ Forno
Oxigênio
Pelotização
Sub-Total
Laminação a frio
e Acabamento
Alto-forno +
Forno Oxigênio
Thin Slab Casting
Total
(Alternativa)
Fonte: Ernst Worrell et al., World Best Practice Energy Intensity Values for Selected Industrial Sectors, June
2007. Elaboração EPE.
Em seguida, faz-se uma análise mais detalhada dos consumos energéticos, para cada uma
das quatro rotas tecnológicas consideradas, englobando as respectivas etapas e processos,
e as intensidades energéticas por tipo de energético (fonte de energia).
Rota tecnológica: Alto-forno + Forno a Oxigênio
No caso da rota tecnológica de alto-forno combinado com forno a oxigênio, os números
apresentados são baseados nas seguintes premissas:
o
Consumo de 1.389 t de sínter para a produção de 1 t de aço laminado a quente.
o
Carga metálica, do forno a oxigênio, constituída por 90% de ferro-gusa e 10% de
sucata.
o
Consumo de 0,9923 t de ferro-gusa para a produção de 1 t de aço laminado a
quente.
o
Consumo de 1,05 t de aço bruto para a produção de 1 t de aço laminado a quente.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
38
Ministério de Minas e Energia
No alto-forno, o minério na forma de sínter ou pelotas é reduzido utilizando-se coque como
redutor, juntamente com carvão injetado, resultando o ferro-gusa. Também se adiciona
cal, que atua como fundente. O processo de redução do minério é a etapa mais
energointensiva da produção de aço primário.
O processo de aciaria, no forno a oxigênio, consiste essencialmente na injeção de oxigênio
que oxida o carbono contido no metal quente (ferro-gusa). A carga metálica é composta
em sua maior parte de ferro-gusa, geralmente com uma pequena porcentagem de sucata,
que pode variar de 10% a 25%, sendo que no caso aqui considerado admitiu-se 10%. Esta
etapa do processo siderúrgico não requer nenhum aporte líquido de energia4 e pode mesmo
ser uma etapa exportadora líquida de energia na forma de gás de aciaria e vapor, podendo
haver recuperação de gás e calor.
As intensidades energéticas por etapa do processo e por energético são apresentadas na
Tabela 17, onde se observa que a etapa da cadeia mais energointensiva é a redução do
minério no alto-forno, cuja contribuição para a intensidade energética é de 12,2 GJ/t, isto
é, em torno de 74% do consumo final energético total até a fase de laminação a quente.
Por sua vez, o combustível responde por 90% deste consumo final energético total, a
eletricidade por cerca de 6% e o oxigênio por 4%.
O processo completo, incluindo laminação e acabamento, resulta em uma intensidade
energética de 18,0 GJ/t, da qual o consumo de combustível responde por 87%, a
eletricidade por 7% e o vapor e o oxigênio, cada um, por 3%.
O processo de substituição das etapas de lingotamento e laminação pelo processo
denominado thin slab casting reduz consideravelmente o consumo total energético da
cadeia siderúrgica que, em lugar de 18,0 GJ/t, passaria a apresentar intensidade
energética de 14,8 GJ/t, isto é, em torno de 18% inferior. Neste caso, as proporções de
energéticos no consumo total são as seguintes: combustível, 90%; eletricidade, 5%;
oxigênio, 4%; e vapor, 1%.
4
Não considerando a energia necessária para produção do oxigênio.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
39
Ministério de Minas e Energia
Tabela 17 – Intensidade Energética para a Rota Tecnológica: Alto-forno + Forno a
Oxigênio (valores por tonelada métrica)
Etapa
Processo
Sinterização
Preparação de Materiais
(minério e carvão)
Coqueificação
Redução
(fabricação do ferro)
Alto-forno
Forno a Oxigênio
Aciaria
(fabricação do aço)
Refino
Lingotamento
Lingotamento Contínuo
Planos (Strip)
Laminação a quente
Longos (Bars)
Arames (Wire)
Sub-Total
(baseado em Longos (Bars))
Energético
GJ/t
Combustível
2,0
Vapor
-0,2
Eletricidade
0,2
Total
1,9
Combustível
0,6
Vapor
0,1
Eletricidade
0,1
Total
0,8
Combustível
11,4
Vapor
0,4
Eletricidade
0,1
Oxigênio
0,2
Total
12,2
Combustível
-0,7
Vapor
-0,2
Eletricidade
0,1
Oxigênio
0,4
Total
-0,4
Eletricidade
0,1
Total
0,1
Combustível
0,0
Eletricidade
0,0
Total
0,1
Combustível
1,3
Vapor
0,0
Eletricidade
0,3
Total
1,6
Combustível
1,6
Eletricidade
0,3
Total
1,8
Combustível
1,7
Eletricidade
0,4
Total
2,1
Combustível
14,9
Vapor
0,1
Eletricidade
0,9
Oxigênio
0,6
Total
16,5
continua
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
40
Ministério de Minas e Energia
continuação
Etapa
Processo
Laminação a frio
Acabamento
Total (baseado em Longos)
Energético
GJ/t
Combustível
0,1
Vapor
0,1
Eletricidade
0,3
Total
0,4
Combustível
0,7
Vapor
0,3
Eletricidade
0,1
Total
1,1
Combustível
15,7
Vapor
0,5
Eletricidade
1,2
Oxigênio
0,6
Total
18,0
Alternativa:
Lingotamento e Laminação
Total (Alternativa)
Thin Slab Casting
Combustível
0,1
Eletricidade
0,2
Total
0,2
Combustível
13,4
Vapor
0,1
Eletricidade
0,7
Oxigênio
0,6
Total
14,8
Fonte: Ernst Worrell et al., World Best Practice Energy Intensity Values for Selected Industrial Sectors, June
2007. Elaboração EPE.
Rota tecnológica: Fusão Redutora + Forno a Oxigênio
Os processos de fusão redutora produzem ferro-gusa, prescindindo da necessidade de
produção de coque, combinando a gaseificação do carvão com a redução do minério,
utilizado normalmente na forma de pelotas. O processo de fusão redutora mais conhecido
é o chamado processo COREX, que já se encontra em operação em plantas da África do Sul,
Coréia do Sul e Índia, e com uma planta em construção na China. Esse processo utiliza,
como carga metálica, aglomerados de minério que são pré-reduzidos por gases oriundos de
um banho quente. O ferro pré-reduzido é, então, fundido. Ocorre excesso de gás que pode
ser utilizado como combustível, para a produção de ferro-esponja ou para geração de
energia elétrica.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
41
Ministério de Minas e Energia
As plantas COREX em operação apresentam consumo líquido de energia semelhante ao da
rota tecnológica do alto-forno. Embora a taxa de consumo de carvão seja mais elevada do
que no alto-forno, um volume considerável de gás de processo é utilizado como
combustível para geração de energia elétrica, através de uma turbina a ciclo de vapor
convencional.
Por sua vez, a aciaria a oxigênio opera de forma análoga à da rota alto-forno/forno a
oxigênio.
As intensidades energéticas por etapa do processo e por energético são apresentadas na
Tabela 18, onde se pode observar que a etapa mais energointensiva da cadeia é a redução
do minério por fusão redutora, cuja contribuição para a intensidade energética é de 17,3
GJ/t, isto é, em torno de 89% do consumo final energético total até a laminação a quente.
Por sua vez, o combustível responde por 88% do consumo final energético total, a
eletricidade por cerca de 5% e o oxigênio por 8%. O balanço de vapor é negativo,
significando que o processo, como um todo, é ofertante líquido de vapor.
O processo completo, incluindo laminação e acabamento resulta em uma intensidade
energética de 21,0 GJ/t, da qual o consumo de combustível responde por 86%, a
eletricidade por 6%, oxigênio por 7% e o vapor por 1%.
O processo de substituição das etapas de lingotamento e laminação pelo processo
denominado thin slab casting reduz consideravelmente o consumo total energético da
cadeia siderúrgica que, em lugar de 21,0 GJ/t, passa a apresentar intensidade energética
de 17,8 GJ/t, isto é, em torno de 15% inferior. Neste caso, as proporções de energéticos no
consumo total são as seguintes: combustível, 88%; eletricidade, 4%; oxigênio, 9%; e vapor,
-1%.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
42
Ministério de Minas e Energia
Tabela 18 – Intensidade Energética para a Rota Tecnológica: Fusão Redutora + Forno a
Oxigênio (valores por tonelada métrica)
Etapa
Preparação de Materiais
(minério e carvão)
Redução
(fabricação do ferro)
Processo
Pelotização
Fusão Redutora
Forno a Oxigênio
Aciaria
(fabricação do aço)
Refino
Lingotamento
Lingotamento Contínuo
Planos (Strip)
Laminação a quente
Longos (Bars)
Arames (Wire)
Sub-Total
(baseado em Longos (Bars))
Energético
GJ/t
Combustível
0,5
Eletricidade
0,1
Total
0,6
Combustível
15,9
Eletricidade
0,3
Oxigênio
1,2
Total
17,3
Combustível
-0,7
Vapor
-0,2
Eletricidade
0,1
Oxigênio
0,4
Total
-0,4
Eletricidade
0,1
Total
0,1
Combustível
0,0
Eletricidade
0,0
Total
0,1
Combustível
1,3
Vapor
0,0
Eletricidade
0,3
Total
1,6
Combustível
1,6
Eletricidade
0,3
Total
1,8
Combustível
1,7
Eletricidade
0,4
Total
2,1
Combustível
17,2
Vapor
-0,2
Eletricidade
0,9
Oxigênio
1,5
Total
19,5
continua
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
43
Ministério de Minas e Energia
continuação
Etapa
Processo
Laminação a frio
Acabamento
Total (baseado em Longos)
Energético
GJ/t
Combustível
0,1
Vapor
0,1
Eletricidade
0,3
Total
0,4
Combustível
0,7
Vapor
0,3
Eletricidade
0,1
Total
1,1
Combustível
18,0
Vapor
0,2
Eletricidade
1,3
Oxigênio
1,5
Total
21,0
Alternativa:
Lingotamento e Laminação
Thin Slab Casting
Total (Alternativa)
Combustível
0,1
Eletricidade
0,2
Total
0,2
Combustível
15,6
Vapor
-0,2
Eletricidade
0,7
Oxigênio
1,5
Total
17,8
Fonte: Ernst Worrell et al., World Best Practice Energy Intensity Values for Selected Industrial Sectors, June
2007. Elaboração EPE.
Rota tecnológica: Redução Direta (60% ferro-esponja; 40% sucata) + Forno Elétrico a
Arco
As usinas a redução direta utilizam gás natural ou carvão como redutor. Em geral, a
preferência é pelo gás natural quando este energético é disponível a preços competitivos.
Geralmente, existe excesso de calor do forno, que é usado para gerar energia elétrica em
uma turbina a ciclo de vapor convencional. Estima-se uma geração líquida de eletricidade
em torno de 509 kWh/t de ferro-esponja.
Nesta rota tecnológica, que utiliza sucata como carga metálica, são evitadas as etapas de
coqueificação do carvão e de produção de ferro-gusa. Para a produção de aço, no forno
elétrico a arco, a sucata é fundida e sofre um processo de refino usando corrente elétrica.
A carga metálica pode ter uma proporção de ferro-esponja, no entanto isso faz aumentar
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
44
Ministério de Minas e Energia
bastante o consumo de energia elétrica. Geralmente, utiliza-se mistura com ferro-esponja
quando não existe disponibilidade de sucata de boa qualidade ou esta é muito cara.
O caso aqui apresentado baseia-se em forno elétrico a arco com carga metálica constituída
por 60% de ferro-esponja e 40% de sucata de alta qualidade. O consumo de eletricidade no
forno elétrico é de 530 kWh/t de aço líquido e existe um consumo adicional, para limpeza
do gás e o refino, de 65 kWh/t de aço líquido. O pré-aquecimento da sucata pode reduzir o
consumo de eletricidade no forno elétrico em 40 kWh/t de aço líquido, reduzindo, dessa
forma, o consumo total de eletricidade para um valor em torno de 555 kWh/t de aço
líquido.
As intensidades energéticas por etapa do processo e por energético são apresentadas na
Tabela 19, onde se pode observar que a etapa da cadeia mais energointensiva é a redução
direta do minério, cuja contribuição para a intensidade energética é de 11,7 GJ/t, isto é,
em torno de 63% do consumo final energético total. Por sua vez, o combustível responde
por 94% deste consumo final energético total, a eletricidade por cerca de 5% e o oxigênio
por 2%. O balanço de vapor é negativo, significando que o processo, como um todo, é
ofertante líquido de vapor.
O processo de substituição das etapas de lingotamento e laminação pelo processo
denominado thin slab casting reduz consideravelmente o consumo total energético da
cadeia siderúrgica, que passa a apresentar intensidade energética total de 16,9 GJ/t.
Neste caso, as proporções de energéticos no consumo total são as seguintes: combustível,
95%; eletricidade, 6%; oxigênio, 2%; e vapor, -1%.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
45
Ministério de Minas e Energia
Tabela 19 – Intensidade Energética para a Rota Tecnológica: Redução Direta + Forno
Elétrico a Arco (valores por tonelada métrica)
Etapa
Processo
Sinterização
Preparação de Materiais
(minério)
Pelotização
Redução
(fabricação do ferro)
Aciaria
(fabricação do aço)
Lingotamento
Redução Direta
Forno Elétrico a Arco
Lingotamento Contínuo
Planos (Strip)
Laminação a quente
Longos (Bars)
Arames (Wire)
Sub-Total
(baseado em Longos (Bars))
Energético
GJ/t
Combustível
2,0
Vapor
-0,2
Eletricidade
0,2
Total
1,9
Combustível
0,5
Eletricidade
0,1
Total
0,6
Combustível
12,9
Eletricidade
-1,2
Total
11,7
Combustível
0,6
Eletricidade
1,7
Oxigênio
0,3
Total
2,5
Combustível
0,03
Eletricidade
0,03
Total
0,1
Combustível
1,3
Vapor
0,02
Eletricidade
0,3
Total
1,6
Combustível
1,6
Eletricidade
0,3
Total
1,8
Combustível
1,7
Eletricidade
0,4
Total
2,1
Combustível
17,5
Vapor
-0,2
Eletricidade
1,0
Oxigênio
0,3
Total
18,6
continua
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
46
Ministério de Minas e Energia
continuação
Etapa
Processo
Laminação a frio
Acabamento
Total (baseado em Longos)
Energético
GJ/t
Combustível
0,1
Vapor
0,1
Eletricidade
0,3
Total
0,4
Combustível
0,7
Vapor
0,3
Eletricidade
0,1
Total
1,1
Combustível
18,3
Vapor
0,2
Eletricidade
1,4
Oxigênio
0,3
Total
20,2
Alternativa:
Lingotamento e Laminação
Total (Alternativa)
Thin Slab Casting
Combustível
0,1
Eletricidade
0,2
Total
0,2
Combustível
16,0
Vapor
-0,2
Eletricidade
0,9
Oxigênio
0,3
Total
16,9
Fonte: Ernst Worrell et al., World Best Practice Energy Intensity Values for Selected Industrial Sectors, June
2007. Elaboração EPE.
Rota tecnológica: Redução Direta (100% sucata) + Forno Elétrico a Arco
Nesta rota tecnológica, que corresponde à chamada produção secundária de aço, isto é, a
carga metálica utilizada é integralmente constituída por sucata, não existem as etapas de
coqueificação do carvão e produção de ferro-gusa ou ferro-esponja, conseqüentemente o
consumo de energia é muito reduzido. Para a produção do aço no forno elétrico a arco, a
sucata é fundida e refinada, submetida a uma forte corrente elétrica. Existem variações
desta rota que podem utilizar tanto corrente elétrica alternada quanto contínua. Além
disso, pode ser injetado combustível para reduzir o consumo de eletricidade.
A configuração considerada utiliza, como carga metálica, 100% de sucata. O processo
consome 409 kWh/t de aço líquido no forno elétrico e 65 kWh/t de aço líquido para a
limpeza de gases. O consumo de gás natural é de 0,15 GJ/t de aço líquido. O pré-
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
47
Ministério de Minas e Energia
aquecimento da sucata pode reduzir o consumo de energia no forno elétrico em 70 kWh/t
de aço líquido, reduzindo, dessa forma, o consumo total de eletricidade para 404 kWh/t de
aço líquido.
As intensidades energéticas por etapa do processo e por energético são apresentadas na
Tabela 20, onde se pode observar que a intensidade energética é muito inferior, neste
caso, às intensidades associadas às rotas anteriores. Isto é natural, tratando-se de
produção secundária de aço, a partir da reciclagem da própria sucata ferrosa. A
intensidade energética é de 4,3 GJ/t, caso se utilizem os processos de lingotamento e
laminação convencionais, e, utilizando-se o processo thin slab casting, essa intensidade
passa a ser de 2,6 GJ/t.
Tabela 20 – Intensidade Energética para a Rota Tecnológica: Redução Direta (100%
Sucata) + Forno Elétrico a Arco (valores por tonelada métrica)
Etapa
Aciaria
(fabricação do aço)
Lingotamento
Processo
Forno Elétrico a Arco
Lingotamento Contínuo
Planos (Strip)
Laminação a quente
Longos (Bars)
Arames (Wire)
Total
(baseado em Longos)
Energético
GJ/t
Combustível
0,6
Eletricidade
1,5
Oxigênio
0,3
Total
2,4
Combustível
0,03
Eletricidade
0,03
Total
0,1
Combustível
1,3
Vapor
0,02
Eletricidade
0,3
Total
1,6
Combustível
1,6
Eletricidade
0,3
Total
1,8
Combustível
1,7
Eletricidade
0,4
Total
2,1
Combustível
2,2
Eletricidade
1,8
Oxigênio
0,3
Total
4,3
Combustível
0,1
Alternativa:
Lingotamento e Laminação
Total (Alternativa)
Thin Slab Casting
Eletricidade
0,2
Total
0,2
Combustível
0,6
Eletricidade
1,7
Oxigênio
0,3
Total
2,6
Fonte: Ernst Worrell et al., World Best Practice Energy Intensity Values for Selected Industrial Sectors, June 2007.
Elaboração EPE.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
48
Ministério de Minas e Energia
5. Rotas tecnológicas da siderurgia brasileira
No caso específico do parque siderúrgico brasileiro, a maioria das usinas atualmente em
operação pode ser classificada em dois grandes grupos e, tipicamente, em três principais
rotas tecnológicas, conforme descrito a seguir.
Grupo 1. Usinas integradas convencionais (Rotas 1 e 2)
Este grupo engloba as usinas que fabricam o aço a partir do minério de ferro através da
produção do ferro-gusa, produto da redução do minério em altos-fornos, que podem operar
usando o coque de carvão mineral ou o carvão vegetal como redutor. A produção de aço é
feita em aciaria a oxigênio, geralmente os chamados conversores LD (Figura 3). Considerase, ainda, uma subdivisão deste grupo em duas rotas tecnológicas:
o
Rota 1 - rota 100% integrada com coque próprio
o
Rota 2 – rota integrada sem coque próprio (coque adquirido de terceiros)
Grupo 2. Usinas semi-integradas ou parcialmente integradas (Rota 3)
Neste grupo, aqui também denominado de Rota 3, inserem-se as usinas siderúrgicas que
produzem o aço a partir de insumos metálicos (sucata e gusa) predominantemente
adquiridos de terceiros, utilizando aciaria elétrica. No Brasil, essas usinas têm como
característica o fluxo produtivo esquematicamente apresentado na Figura 4.
Na
Tabela 21 apresenta-se a classificação das usinas existentes no parque siderúrgico
brasileiro, de acordo com a rota tecnológica por elas adotada.
Embora composta por um pequeno número de usinas (cinco), a Rota 1 responde pela maior
parcela da capacidade instalada de produção de aço no País, atualmente em torno de 65%
dessa capacidade de produção.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
49
Ministério de Minas e Energia
Figura 3 – Rota siderúrgica integrada (Grupo 1: Rotas 1 e 2)
Minério fino
Fundentes
Finos de coque
Carvão mineral
Sinterização
Coqueria
Coque
Finos de coque
Sinter
Minério bitolado
Carvão vegetal
Carvão pulverizado
Alto-forno
Gusa líquido
Calcinação
Fábrica de oxigênio
Aciaria a conversores
Metalurgia secundária
Lingotamento
Cal
Tarugos
Placas
Laminação Planos
Laminação Longos
(a quente)
Trefilação
(a quente e a frio)
Revestimentos
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia. Elaboração: EPE.
Figura 4 – Rota siderúrgica semi-integrada (Grupo 2: Rota 3)
Ferro-esponja
Sucata
Gusa
Aciaria elétrica
Metalurgia Secundária
Lingotamento
Tarugos
Laminação Longos
Longos
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia. Elaboração: EPE.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
50
Ministério de Minas e Energia
Tabela 21 – Rotas tecnológicas das usinas siderúrgicas brasileiras (2008)
Usinas
Grupo1
Rota 1
Grupo 2
Rota 2
Rota 3
CST (ArcelorMittal
Tubarão)
Acesita (ArcelorMittal
Inox Brasil)
Cearense (Gerdau Longos)
Açominas (Gerdau
Açominas)
Belgo Monlevade
(ArcelorMittal Longos)
Açonorte (Gerdau Longos)
CSN (Cia. Siderúrgica
Nacional)
Divinópolis (Gerdau
Longos)
Cosigua (Gerdau Longos)
Usiminas Ipatinga
(Usiminas)
Barão de Cocais
(Gerdau Longos)
Araçariguana (Gerdau Longos)
Cosipa (Usiminas)
V&M (V&M do Brasil)
Guairá (Gerdau Longos)
Riograndense (Gerdau Longos)
Piratini (Gerdau Longos)
Pindamonhangaba (Aços Villares)
Mogi das Cruzes (Aços Villares)
Sumaré (Villares Metais)
Piracicaba (ex-Dedini) (ArcelorMittal Longos)
Vitória (Cofavi) (ArcelorMittal Longos)
Votoraço - Barra Mansa (Votorantim)
Usiba (Gerdau Longos)1
Belgo Juiz de Fora (ArcelorMittal Longos)2
1 A Usiba utiliza redução direta a partir do gás natural e produz o ferro-esponja para consumo próprio.
2 A Belgo Juiz de Fora dispõe atualmente de produção cativa de gusa a carvão vegetal e coque.
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia. Elaboração EPE.
Ressalta-se que as fronteiras do denominado processo siderúrgico foram aqui consideradas
conforme representado na Figura 3 e na Figura 4. Assim, a montante considerou-se a
sinterização e a coqueria como pontos de partida e, a jusante, o processo termina com a
laminação. É habitual essa delimitação do contorno do processo siderúrgico, uma vez que a
sinterização e a coqueria, nas usinas 100% integradas, são fases processadas no interior da
própria planta siderúrgica, enquanto que, por exemplo, a pelotização e a produção de
ferroligas são processos externos. De fato, no caso brasileiro, a produção de pelotas é
praticamente toda voltada para a exportação. A produção de ferroligas, importante insumo
na composição de vários tipos de aço, também se dá em unidades industriais
independentes das usinas siderúrgicas. Dessa forma, tanto o segmento de pelotização
quanto o de ferroligas são normalmente objeto de estudos específicos.
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51
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6. Expansão da indústria siderúrgica brasileira, 2008-2025
Esta seção contempla um cenário de expansão potencial da siderurgia brasileira para o
período 2008-2025, em termos não só da capacidade instalada de produção de aço, mas
também da capacidade de produção das demais unidades produtivas da cadeia siderúrgica:
sinterização, coqueria, alto-forno a coque e a carvão vegetal, aciaria (conversor LD e forno
elétrico a arco) e laminação (planos e longos). As expansões consideradas referem-se a
novas plantas e ampliações de usinas existentes.
O cenário aqui apresentado representa uma visão indicativa de longo prazo da siderurgia
brasileira construída pela EPE com o apoio de importantes elementos colhidos através de
reuniões com o IBS, com a ABRACE e com o BNDES. A EPE contou, também, com uma
consultoria especializada realizada pela SETEPLA TECNOMETAL engenharia, empresa que
tem vasta experiência e reconhecida competência no setor. No entanto, vale ressaltar que
os resultados e as considerações apresentadas nesta nota técnica são da integral e
exclusiva responsabilidade da EPE.
Esse cenário retrata uma posição definida no primeiro semestre de 2008, portanto anterior
à eclosão da crise financeira internacional, contemplando a expansão do parque
siderúrgico brasileiro num horizonte em torno de 18 anos. Nesse contexto, antevia-se um
cenário econômico mundial em franca expansão e a expectativa de crescimento sustentado
da economia nacional, a uma taxa próxima a 5% ao ano.
Nesse ambiente, em função da grande vantagem competitiva do Brasil no que respeita à
indústria siderúrgica e da política das grandes corporações do setor, direcionada para a
instalação das novas plantas (greenfields) nos países em desenvolvimento, principalmente
naqueles com recursos minerais e energéticos e com logística adequada, podia-se afirmar
com segurança que o País acolheria uma expansão importante da indústria siderúrgica, já
nos próximos anos, podendo mais do que dobrar a capacidade instalada em dez anos. De
fato, configurava-se uma carteira significativa de projetos, alguns em fase adiantada de
estudos e vários deles com financiamento praticamente equacionado.
O cenário de expansão da indústria siderúrgica brasileira, dadas essas condições de
contorno, afigurava-se extremamente promissor. Contudo, a crise financeira internacional,
tornada evidente a partir do segundo semestre de 2008, cuja extensão e permanência é
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
53
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ainda prematuro antevermos, veio trazer novos elementos no ambiente em análise que
poderão, evidentemente, influenciar tal cenário.
Apesar disso, acredita-se que o cenário de expansão da siderurgia apresentado preserva a
sua atualidade como elemento de análise no médio e longo prazo, entendido como
indicador de expansão potencial, perfeitamente factível em um ambiente de crescimento
sustentado da economia nacional e internacional, podendo, no entanto, ser afetado por
perturbações de curto prazo, decorrentes dos possíveis desdobramentos da crise
econômico-financeira internacional.
Dentre os projetos siderúrgicos de expansão da capacidade instalada aqui contemplados,
alguns já se encontram em fase de implantação5. Outros poderão sofrer postergação de
cronograma. Mas parece consensual que, assim que as condições internacionais retornarem
a uma situação de normalidade e as economias se ajustarem novamente a uma trajetória
de crescimento sustentado, não há como prescindir de significativa expansão da indústria
siderúrgica mundial. Dessa forma, todos os projetos considerados deverão ser implantados,
nos prazos adotados ou com alguma defasagem, que se supõe não muito significativa, a
menos que se concretizasse uma forte e prolongada recessão ou estagnação mundial, o que
não se afigura plausível.
Passando à descrição do cenário, distinguiram-se três níveis de projetos de expansão da
capacidade siderúrgica nacional. Enquadram-se no Nível 1 as expansões de unidades
existentes e as novas plantas consideradas com maior probabilidade (empírica) de
implantação no horizonte até 2015. O Nível 2 contempla projetos que ainda têm grande
probabilidade de serem implantados até 2015 e quase certamente deverão ser instalados
até 2020. Por último, o Nível 3 engloba aqueles projetos em estágio mais atrasado de
estudos, a maioria dos quais só deverá entrar em operação após 2015 e, com maior
probabilidade, após 2020.
Os projetos de ampliação considerados neste estudo contemplam a definição da
localização da planta, da rota tecnológica, dos produtos siderúrgicos e, muitas vezes, dos
potenciais empreendedores. No que se refere a prazos de implantação, considerou-se, de
uma forma geral, a seguinte curva de ramp-up: (i) ano t (início de implantação), 50% da
capacidade; (ii) ano t+1, 80% da capacidade; (iii) ano t+2, 100% da capacidade.
A grande maioria das novas plantas siderúrgicas deverá seguir a rota tecnológica integrada
com altos-fornos a coque de carvão mineral ou a carvão vegetal e aciarias a oxigênio
5
Esse é, por exemplo, o caso da Companhia Siderúrgica do Atlântico (CSA), joint-venture da VALE e da
Thyssen-Krupp, em fase de instalação no município de Itaguaí, Rio de Janeiro.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
54
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(conversores LD). De fato, estima-se que em torno de 2020 a Rota 1 represente cerca de
80% da capacidade de produção brasileira de aço bruto.
No entanto, foram considerados também alguns projetos de produção de aço a partir da
rota tecnológica baseada em aciaria elétrica, isto é, forno elétrico a arco com a maior
parte da carga metálica adquirida de terceiros. Um exemplo deste último caso é a usina de
Resende - RJ do grupo Votorantim, que já iniciou a construção, e que deverá atingir uma
capacidade de 1,0 milhão de toneladas de produtos longos por ano.
6.1
Capacidade instalada de produção de aço bruto
Embora se tenham admitido patamares qualitativamente distintos de plausibilidade para os
três níveis de projetos de expansão considerados, dependendo inclusive do horizonte, de
fato não foram atribuídas probabilidades aos diferentes níveis, apenas se procurou traduzir
a sensibilidade de especialistas do setor, de uma forma qualitativa, com relação à
viabilidade da instalação das plantas, de acordo com determinados cronogramas.
Dessa forma, foram definidos cronogramas de implantação para os projetos de expansão da
capacidade instalada siderúrgica brasileira, que resultaram no cenário resumido na Tabela
22, em termos da capacidade de produção de aço bruto, por tipo de aciaria. Como
conseqüência, a taxa média anual de crescimento da capacidade instalada de produção de
aço bruto situa-se em torno de 6%, no período 2008-2025.
Tabela 22 – Capacidade de produção de aço bruto (106 t/ano)
Projetos
Rota (aciaria)
2007
2010
2015
2020
2025
30,9
35,0
50,5
50,5
50,5
9,8
10,3
12,5
12,5
12,5
40,7
45,3
63,0
63,0
63,0
Conversor a oxigênio (LD)
-
-
11,5
11,5
11,5
Forno elétrico
-
-
1,5
1,5
1,5
Subtotal (Nível 2)
-
-
13,0
13,0
13,0
Conversor a oxigênio (LD)
-
-
5,7
23,8
34,7
Forno elétrico
-
-
0,0
0,8
1,0
Subtotal (Nível 3)
-
-
5,7
24,6
35,7
30,9
35,0
67,7
85,8
96,7
9,8
10,3
14,0
14,8
15,0
40,7
45,3
81,7
100,6
111,7
24,1%
22,7%
17,1%
14,7%
13,4%
Conversor a oxigênio (LD)
Nível 1
Forno elétrico
Subtotal (Nível 1)
Nível 2
Nível 3
Conversor a oxigênio (LD)
Total
Forno elétrico
Total
% Aciaria elétrica
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia, com base em informações colhidas no IBS. Elaboração: EPE.
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De acordo com as três rotas tecnológicas consideradas na seção 5, a capacidade instalada
de produção de aço bruto evoluirá conforme indicado na Tabela 23.
Tabela 23 – Capacidade de produção de aço bruto, por rota (106 t/ano)
Rota tecnológica
2007
2010
2015
2020
2025
Rota 1
26,7
29,9
61,6
80,4
90,3
Rota 2
5,2
5,9
7,9
7,5
8,0
Rota 3
8,8
9,5
12,2
12,7
13,4
40,7
45,3
81,7
100,6
111,7
Total
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia, com base em informações colhidas no IBS. Elaboração: EPE.
6.2
Capacidade instalada por unidade do processo
A partir do perfil tecnológico de cada projeto de expansão siderúrgica, em termos de rotas
tecnológicas, unidades produtivas e produtos, estimou-se a capacidade instalada de cada
unidade componente das usinas siderúrgicas, conforme apresentado na Tabela 24.
Tabela 24 – Capacidade de produção siderúrgica, por unidade (106 t/ano)
Unidade
Produto
2007
2010
2015
2020
2025
Coqueria
Coque
10,1
11,5
24,4
30,3
33,2
Sinterização
Sínter
33,3
37,2
81,6
101,4
112,9
Alto-forno a
Gusa
30,9
34,0
70,6
86,6
95,9
. coque
Gusa
28,5
31,0
66,0
82,0
91,2
. carvão vegetal
Gusa
2,4
3,0
4,6
4,6
4,6
Redução direta
Ferro-esponja
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Aciaria
Aço bruto
40,7
45,3
81,7
100,6
111,7
. Conversores LD
Aço bruto
30,9
35,0
67,7
85,8
96,7
. Forno elétrico
Aço bruto
9,8
10,3
14,0
14,8
15,0
Laminados
28,5
35,0
53,2
58,0
60,5
Laminação
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia, com base em informações colhidas no IBS. Elaboração: EPE.
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56
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7. Indicadores de consumo energético da siderurgia brasileira
Esta seção ocupa-se da análise de indicadores, relativos ao consumo de energia na
indústria siderúrgica brasileira, importantes na formulação de modelos de projeção da
demanda de energia para este segmento industrial. O consumo de energia na indústria
siderúrgica brasileira foi analisado à luz dos fluxos de materiais e de energéticos ao longo
das diferentes fases da cadeia produtiva, para as principais rotas tecnológicas existentes
no parque siderúrgico nacional.
A consultoria realizada pela SETEPLA TECNOMETAL engenharia para a EPE levou em conta
uma amostragem significativa de plantas siderúrgicas instaladas no País com o objetivo de
elaborar estimativas representativas para os consumos unitários médios de materiais e de
energéticos ao longo das várias fases do processo siderúrgico. Além disso, a partir de
informações primárias do Balanço Energético Nacional (BEN), a EPE também realizou
estimativas desses mesmos consumos unitários. Estabeleceu-se o confronto entre as
estimativas obtidas por essas duas vias e buscou-se a consistência dos resultados. Dessa
forma, foi possível definir consumos unitários médios de materiais e de energéticos
associados às principais rotas tecnológicas da siderurgia brasileira.
Ressalta-se que tais consumos unitários, representando uma média brasileira, não se
aplicam necessariamente a usinas siderúrgicas individuais, dado que, mesmo dentro de
uma única rota tecnológica, existe diferenciação de características de usina para usina.
Vale tecer alguns comentários sobre o tipo de indicador de consumo energético utilizado
neste estudo. De fato, a análise do uso da energia na indústria siderúrgica, bem como a
avaliação do respectivo grau de eficiência energética, à semelhança de outros segmentos
industriais, pode seguir duas abordagens alternativas: a utilização de indicadores
energéticos de caráter econômico ou de indicadores energéticos de natureza física. Essas
abordagens estão relacionadas a duas formas de representação do nível de atividade do
segmento industrial: pelo nível de atividade econômica ou pelo nível de atividade física.
A abordagem econômica considera a relação entre o consumo de energia e o
correspondente valor adicionado (consumo de energia por unidade de valor adicionado). A
outra alternativa, que foi a adotada no presente estudo, privilegia indicadores baseados
em relações físicas, nomeadamente o consumo de energia por unidade de produção física
(consumo de energia por tonelada de produto).
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
57
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Ambos os conceitos são freqüentemente referenciados, na literatura, como intensidade
energética. Poder-se-ia dizer que o primeiro corresponde à intensidade energética
econômica e o segundo à intensidade energética física. Qualquer das abordagens tem
interesse específico, porém, em face dos objetivos do estudo, considerou-se mais
apropriado utilizar, como indicador básico, a intensidade energética no sentido físico. Esta
última é, também, habitualmente referida como consumo específico de energia ou
consumo unitário de energia. E, sempre que no texto se mencionar a intensidade
energética, será neste sentido.
Como primeiro argumento para o uso deste tipo de indicador, destaca-se que, no
detalhamento que se pretende conferir à análise da indústria siderúrgica, ou seja, a
configuração tecnológica definida na seção 5, seria extremamente difícil obter dados
relativos à contribuição das diferentes rotas tecnológicas para o valor adicionado do setor
e, mais difícil ainda, se não impossível, separar as contribuições das diferentes fases do
processo industrial.
Além disso, os indicadores físicos do uso da energia na indústria apresentam outras
vantagens, relativamente aos indicadores de natureza econômica, entre as quais se podem
enumerar as seguintes:
Eles aproximam-se mais de uma medida de eficiência técnica da indústria e,
conseqüentemente, são mais facilmente relacionados ao desempenho tecnológico,
podendo, assim, ser utilizados na análise do potencial de ganho de eficiência
energética resultante da introdução de novas tecnologias;
Tais indicadores não são afetados pela volatilidade e pelas variações cíclicas dos
preços das commodities industriais, portanto sofrem menos influência das flutuações
econômicas;
Os desempenhos energéticos das diferentes fases do processo industrial podem ser
analisados separadamente e os indicadores físicos permitem, também, levar em
conta diferenças no mix de produtos, ao longo do tempo. É importante analisar os
impactos de alterações no mix de produtos independentemente dos ganhos de
eficiência técnica, dado que as condições de mercado podem mudar ao longo do
tempo. (IEA, 2007).
Inicialmente, na seção 7.1, apresentam-se dados históricos de consumo de energia no setor
siderúrgico coletados pela EPE e pelo MME no Balanço Energético Nacional (BEN).
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
58
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7.1
Dados históricos do consumo de energia
Na estatística energética nacional divulgada no Balanço Energético Nacional (BEN), o setor
siderúrgico brasileiro é considerado na parcela contábil de “Ferro-gusa e Aço”. É
importante destacar que a classificação setorial adotada no BEN não apresenta correlação
direta com a adotada pelo IBGE e Receita Federal, a Classificação Nacional de Atividades
Econômicas (CNAE). Nesse sentido, de acordo com o publicado em versões anteriores do
BEN, a classificação adotada obedeceria ao Código de Atividades da Receita Federal
(Portaria 907, de 1989). Seriam considerados, portanto:
“Siderurgia, excluindo:
Produção de ferroligas em formas primárias e semi-acabadas;
Produção de fundidos de ferro e aço;
Produção de forjados de aço.”
A produção siderúrgica brasileira tem grande representatividade no consumo de energia no
país: cerca de 22% do consumo industrial total de energia em 2007 e em torno de 8,5% do
consumo total de energia, segundo EPE/MME (2008). Entre os setores de consumo, é
também o setor responsável pela maior parcela do consumo de carvão mineral com grau
metalúrgico, bem como dos derivados correspondentes – gás de coqueria, coque de carvão
mineral e alcatrão. No consumo de carvão vegetal, também foi responsável por mais de
76% do consumo final no mesmo ano. A Tabela 25 apresenta os dados referentes ao
consumo de energia (exclusive energia elétrica) no Setor de Ferro-gusa e Aço, para o
período compreendido entre 2002 e 2007. Por sua vez, na Tabela 26 pode-se observar a
evolução da participação das principais fontes energéticas no consumo de energia.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
59
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Tabela 25 – Consumo de energia no setor de ferro-gusa e aço, 2002 - 2007 (10³ tep)
2002
2003
2004
2005
2006
2007
900
911
936
1.113
1.105
1.214
1.902
2.182
2.455
2.374
2.352
2.516
35
36
40
44
40
14
105
117
79
82
107
145
81
82
56
100
85
88
Nafta
0
0
0
0
0
0
Querosene
2
1
1
1
1
0
879
972
1.037
1.016
980
1.039
0
0
0
0
0
0
Coque de carvão mineral
6.582
6.470
6.574
6.067
5.763
6.320
Eletricidade
1.289
1.382
1.452
1.397
1.452
1.579
Carvão vegetal
3.561
4.057
4.902
4.804
4.636
4.775
392
492
413
462
464
551
15.729
16.701
17.945
17.459
16.985
18.241
Fonte
Gás natural
Carvão mineral
Óleo diesel
Óleo combustível
Gás liquefeito de petróleo
Gás de coqueria
Gás canalizado
Alcatrão/outras sec. petróleo
Total
Fonte: EPE/MME (2008).
Tabela 26 – Participação das fontes no consumo do setor siderúrgico, 2002 - 2007 (%)
Fonte
Gás natural
Óleo combustível
Gás de coqueria
Coque de carvão mineral
Eletricidade
Carvão vegetal
Outras
Total
2002
5,7
0,7
5,6
41,8
8,2
22,6
15,3
100,0
2003
5,5
0,7
5,8
38,7
8,3
24,3
16,7
100,0
2004
5,2
0,4
5,8
36,6
8,1
27,3
16,5
100,0
2005
6,4
0,5
5,8
34,7
8,0
27,5
17,1
100,0
2006
6,5
0,6
5,8
33,9
8,5
27,3
17,3
100,0
2007
6,7
0,8
5,7
34,6
8,7
26,2
17,4
100,0
Fonte: EPE/MME (2008).
O consumo específico de energia para a produção siderúrgica, definido como a energia
necessária para produzir uma unidade de produto físico, que é uma medida de eficiência
energética da indústria, pode ser afetado por vários fatores, entre os quais se destacam: a
rota tecnológica e os processos utilizados, o tipo e a qualidade dos materiais e energéticos
utilizados e o mix de produtos produzidos. As fontes de energia e os materiais utilizados na
produção siderúrgica variam em função dos processos tecnológicos utilizados. O consumo
específico de energia na indústria siderúrgica brasileira tem mostrado comportamento
crescente ao longo dos últimos anos, em função principalmente da maior produção de
laminados, registrando, porém, uma redução em 2007 (Tabela 27).
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
60
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Tabela 27 – Consumo de energia, produção física e consumo específico, 2002 - 2007
Variável
Unidade
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Consumo
10³ tep
15.729
16.701
17.945
17.459
16.985
18.291
Produção
10³ t aço
29.604
31.147
32.909
31.610
30.901
33.782
Consumo específico tep/t aço
0,531
0,536
0,545
0,552
0,550
0,540
Fonte: EPE/MME (2008).
Com relação à autoprodução de energia elétrica, não são disponíveis séries históricas
completas desagregadas por setor. A partir do arquivo disponibilizado pelo MME para
contabilização da autoprodução, é possível compor uma série a partir de 1992. Os valores
de 2002 a 2007 são apresentados na Tabela 28, com exceção de 2004, pela impossibilidade
de recuperação dos dados primários desse ano utilizados na contabilização.
Tabela 28 – Autoprodução de eletricidade, 2002 – 2003 e 2005 - 2007 (GWh)
Fonte de geração
2002
2003
2005
2006
2007
288
448
432
559
464
Gás de alto-forno
3.095
3.128
3.800
3.278
2.906
Óleo combustível
46
40
1
28
59
Gás de coqueria
693
464
450
458
855
79
66
60
34
-
821
666
656
921
864
Óleo diesel
-
-
2
0
-
Carvão vegetal
-
-
45
-
-
5.022
4.812
5.446
5.278
5.149
Gás natural
Alcatrão
Hidráulica
1
Total
1 A autoprodução hidráulica aqui considerada incorpora a participação de usinas siderúrgicas em consórcios
de geração hidroelétrica.
Fonte: EPE/MME (2008).
7.2
Matriz de fluxo de materiais
Nesta seção, apresentam-se os consumos unitários dos principais materiais utilizados nas
diferentes fases do processo siderúrgico. Os resultados referem-se a valores médios da
indústria siderúrgica brasileira. A Tabela 29 mostra a matriz típica resultante do fluxo de
materiais na indústria siderúrgica, composta pelos consumos unitários médios de materiais
por unidade de produto, em cada fase da cadeia produtiva. Assim, por exemplo, a coqueria
consome cerca de 1.300 kg de carvão mineral para produzir uma tonelada de coque, o
alto-forno a carvão vegetal consome 400 kg deste insumo para produzir uma tonelada de
gusa, a aciaria a oxigênio consome em torno de 951 kg de gusa para produzir uma tonelada
de aço, etc.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
61
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Tabela 29 – Matriz de fluxo de materiais (kg de material por tonelada de produto da
unidade)
Unidade/Produto
Materiais
Carvão
1
Coqueria
Sinteri
zação
Coque
Sínter
AF a
carvão
vegetal
AF a
coque
Aciaria a
oxigênio
(LD)
Gusa
Aciaria
elétrica
Aço bruto
1.300
Minério
800
Retorno de finos
380
Moinha/Antracito
50
Fundentes 2
150
Carga metálica
1.630
1.630
. Sínter (80%)
1.304
1.304
326
326
. Minério ou pelota (20%)
Coque
354
Finos de carvão
141
Carvão vegetal
400
Gusa
951
326
Sucata
138
761
55
55
Cal
1 Base úmida.
2 Calcário e cal fina.
Nota: Valores médios Brasil.
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia (2008). Elaboração EPE.
A partir do fluxo de materiais e dos respectivos consumos unitários por tonelada de
produto da unidade, apresentados na Tabela 29, calculam-se os consumos unitários médios
de materiais por tonelada de aço bruto, resumidos na Tabela 30. Assim, a título de
ilustração, o consumo de carvão mineral por tonelada de aço pode ser calculado como o
produto de três fatores:
(1.300/1.000) x (354/1.000) x (951/1.000) = 0,438 t de carvão por tonelada de aço =
438 kg de carvão por tonelada de aço.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
62
Ministério de Minas e Energia
Tabela 30 – Matriz de fluxo de materiais (kg de material por tonelada de aço bruto)
Unidade/Produto
Materiais
Carvão
1
Coqueria
Sinteri
zação
Coque
Sínter
992
Retorno de finos
471
Moinha/Antracito
62
Gusa
Aciaria
elétrica
Aço bruto
186
Carga metálica
1.550
1.550
. Sínter (80%)
1.240
1.240
310
310
. Minério ou pelota (20%)
Aciaria a
oxigênio
(LD)
438
Minério
Fundentes 2
AF a
carvão
vegetal
AF a
coque
Coque
337
Finos de carvão
134
Carvão vegetal
380
Gusa
951
326
Sucata
138
761
55
55
Cal
1 Base úmida.
2 Calcário e cal fina.
Nota: Valores médios Brasil.
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia (2008). Elaboração EPE.
7.3
Matriz de consumos energéticos unitários (consumos específicos de energia)
Esta seção contempla estimativas para os consumos unitários (ou consumos específicos) de
energia, relativos a cada rota tecnológica, por fase do processo, sendo os respectivos
valores expressos em GJ por tonelada de aço bruto. Tais consumos unitários representam
consumos médios estimados com base em amostras de usinas siderúrgicas representativas
de cada uma das três rotas tecnológicas consideradas no parque siderúrgico brasileiro
(seção 5). Neste sentido, os consumos unitários de energia também são comumente
denominados, na literatura especializada, por intensidades energéticas ou consumos
específicos de energia.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
63
Ministério de Minas e Energia
Rota 1. Usinas integradas com coque próprio
A Tabela 31 resume os consumos unitários de energia relativos à Rota 1, por fase do
processo, em GJ por tonelada de aço bruto.
Tabela 31 – Rota 1. Matriz de consumos energéticos unitários (GJ por tonelada de aço
bruto)
Coqueria
Sinteri
zação
AF a
coque
Aciaria a
oxigênio
(LD)
Coque
Sínter
Gusa
Aço
Energético
Carvão Mineral
Sistema
Consumo
Laminação Energético
por
e outros energético
(GJ/t aço)
Laminados
Aço
15,35
15,35
Carvão Vegetal
Finos de Carvão
Coque
Moinha/Antracito
4,10
4,10
10,60
10,60
1,75
Gás de Coqueria
0,67
Gás de Alto-forno
0,67
0,07
1,75
0,63
0,18
1,41
Gás de Aciaria
Energia Elétrica
0,06
0,13
0,17
0,17
0,75
0,51
2,82
0,37
1,78
4,24
0,03
0,40
0,43
0,42
0,44
1,39
0,21
0,60
Oxigênio
0,39
Nitrogênio
0,22
Gás Natural
0,08
0,58
1,09
0,22
0,19
18,01
1,26
2,36
Outras Fontes
Consumo Total (A)
Gás gerado Coqueria
0,12
16,87
1,95
3,34
5,14
0,49
0,49
10,91
10,91
14,19
2,68
43.79
5,14
Eletricidade gerada
(A) – (B)
1,63
3,28
Gás gerado Aciaria
Geração Total (B)
0,66
3,28
Gás gerado AF
Coque para AF
0,22
1,95
5,14
0,49
12,87
0,77
2,36
1,01
1,01
1,01
20,83
2,33
22,96
Nota: Valores médios Brasil, para a Rota 1.
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia (2008). Elaboração EPE.
Dentre as rotas tecnológicas consideradas para o parque siderúrgico brasileiro, apenas a
Rota 1 (seção 5) encontra paralelo em uma das rotas tecnológicas consideradas no estudo
relativo às melhores práticas internacionais, a rota tecnológica “Alto-forno + Forno a
oxigênio” (seção 4). Conforme apresentado, os consumos unitários por tonelada de aço
bruto das usinas siderúrgicas mais eficientes do mundo, relativas a essa rota, são de 0,8 GJ
na coqueria, 1,9 GJ na sinterização e 12,2 GJ no alto-forno.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
64
Ministério de Minas e Energia
Os valores relativos aos consumos unitários médios de energia na sinterização e no altoforno das usinas brasileiras da Rota 1 são muito próximos das melhores práticas
internacionais, isto é, tais usinas se apresentam muito eficientes no que diz respeito às
fases de sinterização e de alto-forno.
No entanto, aparentemente, poderia existir espaço para alguma melhoria de eficiência
energética nas coquerias, bem como nas aciarias e nos processos de laminação do conjunto
das siderúrgicas brasileiras. Mesmo assim, há que ter cuidado nessa comparação, tendo em
vista que o paralelo entre a Rota 1 e a rota “Alto-forno + Forno a oxigênio”, considerada
na seção 4, certamente não significa coincidência perfeita de processos e, por exemplo,
etapas de laminação orientadas para produtos com características diferentes podem
resultar em consumos de energia bastante diferenciados.
Dessa forma, enquanto a melhor prática internacional para a rota “Alto-forno + Forno a
oxigênio” registra um consumo total de energia em torno de 18 GJ/t de aço bruto, a média
das usinas siderúrgicas brasileiras da Rota 1 registra um consumo de 23 GJ/t de aço bruto.
Vale observar que a coqueria é tipicamente um centro de transformação de energia, onde
ocorre a transformação do carvão mineral coqueificável em coque. O consumo médio de
carvão nas coquerias das usinas integradas da Rota 1 representa 40,6 GJ por tonelada de
coque produzido. As coquerias consomem também gás de coqueria e gás de alto-forno num
montante total de 3,5 GJ/t de coque. Consomem, ainda, energia elétrica e outras fontes
de energia em montantes de, respectivamente, 0,15 GJ/t de coque e 0,33 GJ/t de coque,
totalizando 44,6 GJ/t de coque. Por outro lado, os montantes de coque e de gás de
coqueria gerados nas coquerias dessas usinas representam, respectivamente, 28,9 GJ/t de
coque e 8,7 GJ/t de coque. Nessas condições, o consumo líquido de energia nas coquerias
situa-se em torno de 7,1 GJ/t de coque ou, equivalentemente, 2,7 GJ/ t de aço bruto.
Rota 2. Usinas integradas sem coque próprio
A Rota 2, composta de usinas integradas sem coque próprio, contempla tanto usinas com
alto-forno a coque (adquirido de terceiros) quanto usinas com alto-forno a carvão vegetal,
que têm no Brasil especial importância pela difusão deste tipo de alto-forno. A Tabela 32
resume os consumos unitários de energia relativos à Rota 2, em GJ por tonelada de aço
bruto, por fase do processo.
Por comparação com a Rota 1, o consumo energético unitário na Rota 2, de 28,9 GJ/t de
aço, é muito inferior ao da Rota 1, de 43,8 GJ/t de aço. Conforme se pode observar na
Tabela 31 e na Tabela 32, isso se deve, em grande parte, à ausência de coqueria na
Rota 2, a qual apresenta um consumo médio de 16,9 GJ/t de aço na Rota 1.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
65
Ministério de Minas e Energia
No entanto, o consumo líquido (consumo menos geração) é inferior na Rota 1: 23,0 GJ/t de
aço contra 24,8 GJ/t de aço na Rota 2. Isso se deve essencialmente ao fato de que, na
Rota 2, relativamente à Rota 1, se perde uma geração de gás e de coque, na coqueria, de
14,2 GJ/t de aço (3,3 GJ/t de aço, relativo à geração de gás de coqueria, e 10,9 GJ/t de
aço, relativo á geração de coque). Além disso, a geração de gás de alto-forno por tonelada
de aço é superior em cerca de 1,0 GJ, na Rota 1, e, na Rota 2, não existe geração de
eletricidade.
Uma vez que, nesta rota tecnológica, foram incluídas tanto usinas que utilizam o coque
como redutor no alto-forno quanto usinas que fazem uso do carvão vegetal, os consumos
unitários destes energéticos, apresentados na Tabela 32, representam valores médios
relativos à atual configuração do parque siderúrgico brasileiro para o mix de usinas que se
enquadram nesta rota. Nesse sentido, os resultados apresentados não contemplam
explicitamente os consumos energéticos das usinas que utilizam apenas o coque, bem
como daquelas que utilizam somente o carvão vegetal no alto-forno.
Tabela 32: Rota 2. Matriz de consumos energéticos unitários (GJ/t de aço bruto)
Energético
Sinteri
zação
AF a coque
AF a
carvão
vegetal
Aciaria a
oxigênio
(LD)
Sínter
Gusa
Gusa
Aço
Sistema
Laminação Energético
e outros
Laminados
Aço
Consumo
por
energético
(GJ/t aço)
Carvão Mineral
Carvão Vegetal
Finos de Carvão
1,22
Coque
3,88
Moinha/
Antracito
10,68
10,68
2,86
4,09
3,88
0,79
0,79
Gás de Coqueria
Gás de Alto-forno
0,09
0,75
1,49
0,12
1,32
0,63
0,06
0,16
0,09
0,30
0,93
0,30
4,40
Gás de Aciaria
Energia Elétrica
1,83
Oxigênio
0,14
0,36
0,50
Nitrogênio
0,10
0,14
0,24
Gás Natural
0,15
0,06
Outras Fontes
0,18
0,14
0,10
1,12
0,18
0,57
Consumo Total (A)
1,12
6,49
16,23
1,25
2,89
2,48
1,63
2,48
1,63
4,01
14,60
0,35
2,14
0,93
28,90
Gás gerado Coqueria
Gás gerado AF
4,11
Gás gerado Aciaria
Eletricidade gerada
Geração Total (B)
(A) – (B)
1,12
4,11
1,25
2,89
0,93
24,79
Nota: Valores médios Brasil, para a Rota 2.
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia (2008). Elaboração EPE.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
66
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Rota 3. Usinas semi-integradas ou parcialmente integradas
A Tabela 33 resume os consumos unitários de energia relativos à Rota 3 (usinas semi ou
parcialmente integradas com aciaria elétrica), por fase do processo, expressos em GJ por
tonelada de aço bruto.
Neste caso, tratando-se de produção secundária de aço com utilização de elevado
percentual de sucata na carga metálica, o consumo energético unitário, de 8,8 GJ/t de
aço, é muito inferior ao das Rotas 1 e 2. Contudo, o consumo da aciaria elétrica é
significativamente maior (quase o triplo) do consumo da aciaria a oxigênio presente nas
Rotas 1 e 2. Por essa razão, o consumo específico de energia elétrica é, também, superior
neste caso.
Tabela 33 – Rota 3. Matriz de consumos energéticos unitários (GJ por tonelada de aço
bruto)
Energético
Aciaria
elétrica
Laminação
Sistema
Energético e
outros
Aço
Laminados
Aço
Consumo por
energético
(GJ/t aço)
Carvão Mineral
Carvão Vegetal
Finos de Carvão
Coque
Moinha/Antracito
Gás de Coqueria
Gás de Alto-forno
Gás de Aciaria
Energia Elétrica
1,69
Oxigênio
0,38
0,85
0,60
3,14
0,38
Nitrogênio
Gás Natural
0,74
1,19
0,97
2,90
Outras Fontes
0,58
0,27
1,50
2,35
Consumo Total (A)
3,39
2,30
3,07
8,76
3,39
2,30
3,07
8,76
Gás gerado Coqueria
Gás gerado AF
Gás gerado Aciaria
Eletricidade gerada
Geração Total (B)
(A) – (B)
Nota: Valores médios Brasil, para a Rota 3.
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia (2008). Elaboração EPE.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
67
Ministério de Minas e Energia
7.4
Cogeração de eletricidade
A cogeração de eletricidade no setor siderúrgico a partir de gases de processo (gases de
coqueria, de alto-forno e de aciaria) é uma prática tradicional do setor. Atualmente, a
capacidade instalada de cogeração do setor siderúrgico, no Brasil, situa-se em torno de
920 MW, o que, admitindo-se um fator de capacidade médio de 85%, permitiria gerar um
montante de eletricidade um pouco superior a 6 TWh por ano.
De acordo com os resultados da seção 7.3, as usinas siderúrgicas da rota tecnológica
integrada com coqueria própria (Rota 1) possuem, em média, uma necessidade de
aquisição de energia elétrica da ordem de 0,38 GJ/t aço bruto ou 106 kWh/t aço bruto,
conforme explicitado na Tabela 34.
Vale dizer, isso não significa que todas as usinas contempladas na Rota 1 sejam
adquirentes líquidas de eletricidade. Ao contrário, existem casos de usinas que geram mais
eletricidade do que a sua própria necessidade e que, portanto, são exportadoras líquidas
de energia elétrica. Esta situação é comum em usinas integradas dedicadas à produção de
placas, cuja cadeia produtiva termina, pois, nessa fase do processo produtivo siderúrgico.
A ausência de laminação suprime uma fase eletrointensiva, conforme se pode observar na
Tabela 31, o que, aliada a formas avançadas de cogeração, permite a geração de
excedentes significativos de eletricidade.
Tabela 34 – Rota 1. Consumo e geração de eletricidade
GJ/t de aço
kWh/t de aço
Consumo (A)
1,39
387
Geração (B)
1,01
281
Saldo [(A) – (B)]
0,38
106
Nota: Valores médios Brasil, para a Rota 1.
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia (2008). Elaboração EPE.
Por outro lado, as usinas classificadas na Rota 2, operem elas com alto-forno a coque ou
com alto-forno a carvão vegetal, tradicionalmente não fazem a recuperação dos gases de
alto-forno para a cogeração de eletricidade. Neste caso, o balanço “consumo x geração”
de eletricidade mostra uma necessidade média de aquisição externa de eletricidade da
ordem de 510 kWh/t de aço (Tabela 35).
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
68
Ministério de Minas e Energia
Tabela 35 – Rota 2. Consumo e geração de eletricidade
GJ/t de aço
kWh/t de aço
Consumo (A)
1,83
509
Geração (B)
0
0
1,83
509
Saldo [(A) – (B)]
Nota: Valores médios Brasil, para a Rota 2.
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia (2008). Elaboração EPE.
No caso da Rota 3 (usinas com aciaria elétrica), o balanço de energia elétrica registra
necessidade de aquisição externa de energia da ordem de 870 kWh/t de aço (Tabela 36).
Tabela 36 – Rota 3. Consumo e geração de eletricidade
GJ/t de aço
kWh/t de aço
Consumo (A)
3,14
871
Geração (B)
0
0
3,14
871
Saldo [(A) – (B)]
Nota: Valores médios Brasil, para a Rota 3.
Fonte: SETEPLA TECNOMETAL engenharia (2008). Elaboração EPE.
Em termos da expansão potencial do parque siderúrgico brasileiro, conforme mencionado
na seção 6, admite-se como provável a predominância de novas usinas integradas a coque
com coqueria própria (Rota 1), conseqüentemente a expansão da cogeração de
eletricidade no setor deverá se aproximar mais do perfil representado na Tabela 34.
Na verdade, esse potencial de cogeração deverá ser mesmo superior, levando-se em conta
que boa parte das novas plantas siderúrgicas será voltada para a exportação de placas,
prescindindo, portanto, da fase eletrointensiva de laminação. Em tais plantas é possível
obter excedentes substanciais de geração de eletricidade, ao contrário do que ocorre com
a média atual das usinas da Rota 1.
Esse é o caso da usina, atualmente em implantação, da Companhia Siderúrgica do Atlântico
(CSA) que, aliando forma avançada de cogeração com o fato da planta se destinar à
produção de placas para exportação, permite a geração de significativo excedente de
eletricidade.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
69
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70
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8. Perspectivas tecnológicas
As considerações apresentadas nesta seção tomam como base dois trabalhos com maior
grau de cobertura sobre o tema recentemente publicados pela Agência Internacional de
Energia (IEA): Energy Technology Perspectives 2006 (IEA, 2006) e Energy Technology
Perspectives 2008 (IEA, 2008). Essas duas publicações utilizam uma abordagem das
perspectivas tecnológicas com foco na eficiência energética e nas emissões de gases de
efeito estufa. Com este objetivo, apresentam um panorama setorial detalhado das
tecnologias atualmente em uso tanto nos setores produtores de energia quanto naqueles
que são consumidores, bem como das perspectivas de longo prazo da evolução tecnológica
para cada um desses setores.
De acordo com esses documentos, a combinação de tecnologias energeticamente mais
eficientes, com o uso de biomassa, a co-geração de energia, a otimização do ciclo de vida
dos materiais e, em certos casos, o seqüestro de carbono, poderá resultar em reduções
significativas tanto no consumo de energia quanto sobre o montante de emissões de CO2.
Cabe destacar, porém, que a implementação de grande parte desse potencial apresenta
custos mais elevados do que o esperado em um cenário tendencial de desenvolvimento
mundial.
A penetração das novas tecnologias na indústria terá papel importante nesse contexto.
Ações de eficiência e de redução de emissões de CO2 em segmentos industriais
energointensivos serão responsáveis por grande parcela de redução no consumo de energia
e na emissão de gases de efeito estufa. No caso específico das emissões, além da
penetração de tecnologias eficientes de produção, também o uso de tecnologias de
seqüestro de carbono podem desempenhar papel importante.
Entre os diversos segmentos industriais, a indústria siderúrgica é o segundo maior
consumidor de energia e o principal setor emissor de CO2 no mundo. Em 2005, respondeu
por cerca de 20% do uso de energia na indústria e por 30% das emissões, incluindo-se as
coquerias e os altos-fornos. Por isso, é preocupação básica deste segmento investir em
eficiência energética e na redução das emissões.
As próximas seções serão dedicadas a resumir alguns dos principais aspectos apresentados
nas mencionadas publicações da IEA, no que se refere às perspectivas tecnológicas da
indústria siderúrgica mundial.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
71
Ministério de Minas e Energia
8.1
Eficiência energética e eficiência no uso de materiais
O impacto da penetração de tecnologias mais eficientes de produção na indústria como um
todo deve levar em consideração que diferenças de eficiência entre indústrias e mesmo
entre plantas podem não ser diretamente comparáveis, o que somente poderia ser
realizado através do isolamento do perfil tecnológico de cada indústria. Antes disso,
existem efeitos relacionados à escala dos empreendimentos, o nível de disponibilidade e
aproveitamento de resíduos térmicos, a qualidade do minério de ferro, o controle de
qualidade realizado e demais questões operacionais específicas (IEA, 2006). Questões como
essas tornam mais árdua a tarefa de estimativa de potenciais de conservação de energia.
Para ilustrar concretamente estes aspectos, o estudo “Energy Technology Perspectives” da
Agência Internacional de Energia (IEA, 2006) ilustra a influência da qualidade do recurso
mineral empregado e a produtividade do forno sobre o rendimento do forno. Por exemplo,
em mini-fornos, o aumento do conteúdo de ferro de 50% para 55% reduz o consumo
específico de combustível de 0,75 para 0,6 t por tonelada do metal quente.
Adicionalmente, um acréscimo da produtividade do alto-forno em 1-1,5 t/m³ reduz
também o consumo de combustível de 0,75 para 0,6 t/t de metal quente. Entretanto,
estes impactos não podem ser quantitativamente generalizados, devendo ser objeto de
análises específicas.
Além disso, outro aspecto que merece atenção refere-se ao fato de que a extensão de
ganhos de eficiência da indústria siderúrgica deve ser analisada num contexto de trade off
entre eficiência energética e estratégia ótima de negócio. Exemplificando, no caso da
China e da Índia, plantas de pequena escala são utilizadas, sendo provavelmente elemento
principal da estratégia de expansão nestes mercados, porque se ajustam melhor à
estrutura dos mercados locais e permitem expansão a menores custos (uso de mini-fornos
com fornos elétricos a arco).
Em termos globais, a produção primária de aço demanda cerca de três vezes mais energia
do que a produção secundária (reciclagem da sucata). Assim, substancial economia de
energia pode ser obtida pela substituição do processo constituído por alto-forno e aciaria a
oxigênio pelo uso de sucata em fornos elétricos a arco, com a ressalva da limitação de
aplicação da sucata, tanto pela qualidade do produto final como pela disponibilidade, que
é maior em países desenvolvidos, diferença que tende a desaparecer com o
amadurecimento da economia.
A seguir, podem-se observar os atuais requisitos de energia na produção siderúrgica vis-àvis os requisitos mínimos para esta produção, bem como as correspondentes emissões de
CO2, de acordo com as fontes referidas na Tabela 37.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
72
Ministério de Minas e Energia
Tabela 37 – Requisitos de consumo de energia para produção de ferro e aço
Produto/Processo
Energia (GJ/t)
Emissões (t CO2/t)
Atual
Mínimo
Atual
Mínimo
13-14
10,4
1,45-1,56
1,16
Aço líquido (EAF)
2,1-2,4
1,6
0,36-0,42
0,28
Chapas finas a quente
2,0-2,4
0,9
0,11-0,13
0,05
Chapas finas a frio
1,0-1,4
0,02
0,17-0,24
0
Ferro-gusa líquido (5% C)
Fonte: Fruehan et al (2000) apud IEA (2006).
Nas últimas décadas, a expansão da produção siderúrgica mundial tem se dado,
primordialmente, via forno elétrico a arco. Contudo, a rota via forno a oxigênio ainda é a
mais utilizada mundialmente, principalmente devido a limitações de disponibilidade de
sucata. A produção através de forno elétrico é mais comum nos EUA e na Europa, onde
existe disponibilidade de montantes significativos de sucata. Embora o aço seja um dos
materiais mais reciclados no mundo, ocorrem períodos de escassez de sucata em
determinadas regiões e, nos países em desenvolvimento, essa escassez é praticamente
sistêmica, não podendo prescindir-se da produção primária de aço.
Quando se utiliza a sucata para produção de aço, elimina-se a parcela de consumo devido
à redução do minério de ferro, estimada em 6,6 GJ/t de ferro, referente ao uso de
hematita, a forma mais abundante de minério de ferro. É necessário destacar, porém, que
existe limite para o grau de reciclagem, pois uma parcela da produção de ferro fica
estocada como aparelhos e equipamentos em indústrias, residências e edificações, quanto
pelo fato de que determinadas aplicações requerem graus de pureza diferenciados. Assim,
as premissas de reciclagem devem ser coerentes com parâmetros tais como a taxa de
depreciação da economia e o grau de reposição tecnológica. Além disso, muitas aplicações
do aço requerem graus de pureza específicos e, normalmente, à utilização de sucata se
associa redução da qualidade do aço. Estes dois aspectos justificam, per se, a análise mais
cuidadosa dos limites de reciclabilidade do aço.
As características do mercado também exercem impacto sobre o consumo de energia na
indústria siderúrgica. Por exemplo, quanto mais fina a chapa de aço produzida, maior é a
demanda de energia e, em certos casos, há a necessidade de operações adicionais para
remoção de impurezas e redução do teor de carbono. Também há de se destacar o impacto
do perfil de produção sobre o consumo energético. Enquanto o preço do aço cru situa-se
em torno de US$ 150/t, o preço de materiais acabados fica em torno de US$ 300-700/t.
Embora produtos mais complexos exijam maior conteúdo energético por tonelada, estes
têm menor conteúdo energético por valor adicionado, ou seja, têm menor intensidade
energética, no sentido econômico.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
73
Ministério de Minas e Energia
Por outro lado, o consumo específico típico de carvão e coque em um alto-forno é de
aproximadamente 0,55 t/t ferro-gusa, sendo o valor de 0,45 t/t ferro-gusa o consumo
teórico mínimo. Em termos médios, este valor pode ser menor pelo emprego de carvão
vegetal, no caso brasileiro.
O uso de tecnologia de re-injeção de carvão permite reduzir o consumo de energia na
etapa de produção de coque (em torno de 8 GJ/t de coque), uma vez que o carvão é
injetado diretamente no alto-forno, substituindo, em parte, a necessidade do coque.
Existem pesquisas para utilização de resíduos plásticos em substituição ao coque e ao
carvão, mas sua disseminação depende de especificidades ligadas a cada aproveitamento,
além de barreiras tais como: a legislação local para queima de resíduos, o controle de teor
de PVC nos pellets de plástico, a obtenção de licença ambiental para queima de resíduos e
o custo de capital para reconstruir o sistema de injeção de combustível no forno.
8.2
8.2.1
Fronteiras tecnológicas do processo siderúrgico
Fusão redutora
Usinas siderúrgicas de pequeno e médio porte podem tornar-se muito mais eficientes,
através da nova configuração dos reatores destinados à fusão redutora, substituindo por
um único processo as fases de preparação do minério (aglomeração), de coqueificação do
carvão e de alto-forno de uma usina siderúrgica convencional. Além disso, a fusão
redutora, com seus gases de processo mais ricos em CO2, poderá vir a ser uma tecnologia
apropriada ao seqüestro de carbono.
O estágio atual da tecnologia de fusão redutora é mais apropriado para plantas integradas
de escala média, que se localizam, principalmente, em países em desenvolvimento.
Configurações mais recentes da tecnologia de fusão redutora, como a tecnologia FINEX, em
desenvolvimento pela POSCO na Coréia, têm como objetivo eliminar também a fase de
aglomeração do minério. Recentemente, foi construída uma planta com capacidade
instalada de 1,5 Mtpa. Outro processo de fusão redutora, denominado processo Hismelt,
cuja primeira planta comercial está sendo construída na Austrália, e que utiliza finos de
minério, poderá ter ainda um melhor balanço energético do que o processo FINEX.
Os atuais processos de fusão redutora geram montantes substanciais de gases de processo,
tipicamente o equivalente a cerca de 9 GJ/t de produto. A reutilização desses gases
poderá conduzir a significativa redução das emissões de CO2. As expectativas da IEA com
relação à penetração dos novos processos de fusão redutora, como o COREX e o FINEX na
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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Ministério de Minas e Energia
indústria siderúrgica mundial, são apresentadas na Tabela 38. Com uma expansão
significativa do processo de fusão redutora, menos energointensivo do que a maioria dos
outros processos, poderá alcançar-se uma economia de energia da ordem de 10% a 20%, no
período 2030-2050.
Tabela 38 – Perspectivas globais para novos processos de produção siderúrgicos (fusão
redutora)
2003-2015
2015-2030
2030-2050
P&D, demonstração e comercial
Comercial
Comercial
Custo de capital (US$/t)
350
250
220
Economia de energia
0-5%
10-15%
10-19%
Estágio de desenvolvimento
Nota: investimento para novo alto-forno, bateria de coque e planta de sinterização ficam em torno de US$
350/t de metal quente.
Fonte: IEA (2006)
8.2.2
Altos-fornos eficientes
No caso dos altos-fornos, pesquisas em curso sugerem que, se eles forem redesenhados
para poder usar oxigênio em lugar de ar enriquecido e para reciclar gases de topo, poderá
ser alcançada uma redução nas emissões de CO2 do alto-forno da ordem de 20% a 25%. São
os chamados altos-fornos eficientes.
Tanto a fusão redutora quanto os altos-fornos eficientes são tecnologias que poderão
viabilizar o uso de técnicas de seqüestro do carbono. Estima-se que, com a utilização em
larga escala dessas tecnologias, no ano de 2050, poderia ser evitado um montante de
emissões globais de 200 Mt CO2 a 500 Mt CO2.
8.2.3
Lingotamento contínuo
Atualmente, a maioria do aço produzido é submetida a um processo de lingotamento
contínuo, transformando-se em blocos, placas e tarugos, que precisam ser reaquecidos
para a laminação na forma final.
O lingotamento contínuo integra o lingotamento e a laminação a quente do aço em uma
única fase, eliminando a necessidade de reaquecimento do aço antes da laminação. Esta
tecnologia contribui para a conservação de energia e reduz o investimento. A conservação
de energia obtida com esta tecnologia pode chegar a algo em torno de 1GJ a 3 GJ por
tonelada de aço. Ainda que na indústria siderúrgica brasileira o percentual de participação
do uso do lingotamento contínuo seja elevado, cabe destacar que cerca de 7% da produção
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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nacional de aço bruto é realizada através de lingotamento convencional, onde pode haver
espaço para ganhos de eficiência energética.
Outra possibilidade de redução de consumo de energia na indústria siderúrgica envolve a
aplicação de processos de moldagem ou conformação direta do aço. Correntemente, os
metais são moldados em lingotes ou placas, com a necessidade de reaquecê-los novamente
para a conformação do produto final. A chamada moldagem direta integra o processo de
lingotamento
e
conformação
em
uma
etapa,
eliminando
esta
necessidade
de
reaquecimento. Um exemplo disso inclui a produção direta de placas planas com espessura
de 1-10 mm, ao invés de produzi-lo com espessura entre 120-300 mm, com conformação
posterior entre 1-10 mm. Neste caso, o potencial de economia de energia é estimado entre
1 e 3 GJ/t aço. Outro benefício é a economia indireta de energia, proporcionada pela
redução de perdas de material. Entre os principais desafios desta tecnologia, estão a
qualidade e a aplicação do produto nos usuários finais. Atualmente, o uso desta tecnologia
é limitado grandemente a capacidades inferiores a 500 mil toneladas anuais, embora
existam aplicações para um milhão de toneladas anuais (EIA, 2006).
Tabela 39 – Perspectivas globais para novos processos de produção siderúrgicos
(conformação direta do aço)
2003-2015
2015-2030
2030-2050
P&D, demonstração
Comercial
Comercial
Custo de capital (US$/t)
200
150-200
150-200
Economia de energia
80%
90%
90%
Estágio de desenvolvimento
Nota: investimento para tradicional moldador contínuo e hot Rolling é em torno USD 70/t de metal quente
maior do que a moldagem direta.
Fonte: IEA (2006).
8.2.4
Resíduos de plástico como redutor
Atualmente, o carvão e o coque de carvão mineral são os principais agentes redutores
utilizados na produção do ferro, embora o uso de gás natural na produção de ferro-esponja
esteja ganhando espaço. Também é utilizado o carvão vegetal, nomeadamente na América
do Sul, em particular no Brasil, que é geralmente utilizado em fornos relativamente
pequenos.
A Alemanha e o Japão desenvolveram tecnologias para injeção de resíduos de plástico no
alto-forno, como substituto do coque e do carvão, atuando inclusive como agente redutor.
Geralmente, os resíduos de plástico necessitam de algum tratamento prévio, como um
processo de pelotização, para serem utilizados como carga de alto-forno. Esses resíduos
também podem ser adicionados aos fornos da coqueria. As experiências realizadas têm
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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mostrado que o uso de resíduos de plástico no forno da coqueria resulta em melhor
estabilidade do processo do que a utilização desses resíduos no alto-forno como substituto
do coque e do carvão. Por outro lado, o uso de resíduos de plástico na indústria siderúrgica
compete com outros usos desse material, entre os quais se inclui a própria reciclagem do
plástico, o seu uso em outras indústrias, como a indústria de cimento, e a incineração
convencional para geração de calor ou eletricidade.
A queima de resíduos de plástico emite CO2, seja ela feita em um incinerador de resíduos
convencional ou em um alto-forno siderúrgico. No entanto, o montante de energia
recuperado em um alto-forno é, geralmente, muito superior àquele recuperado por
incineração convencional. Além disso, a injeção de resíduos de plástico substitui,
parcialmente, o carvão do alto-forno, combustível este que produz elevadas emissões de
CO2, contribuindo dessa forma para a redução das emissões totais de CO2.
8.2.5
Seqüestro de carbono
O principal gás de efeito estufa emitido no processo siderúrgico é o dióxido de carbono
(CO2). Os altos-fornos são a maior fonte de CO2 no processo siderúrgico, sendo os principais
candidatos à aplicação de tecnologias de seqüestro de carbono. Cerca de 60% das emissões
de CO2 da siderurgia estão contidas nos gases de processo dos altos-fornos. Os fornos de
redução direta também são uma fonte de emissões, ainda que menos importante, embora
possam, igualmente, ser candidatos ao seqüestro de carbono. Os montantes de emissão de
CO2 associados à produção de uma tonelada de aço dependem da rota tecnológica
utilizada.
Nas plantas integradas, a maioria das emissões de CO2 (em torno de 70%) é proveniente da
produção do ferro-gusa no alto-forno. Montantes inferiores de emissões de CO2 derivam da
laminação e acabamento de produtos (12%), preparação do minério (12%) e da produção de
eletricidade e oxigênio (7%). Nas usinas semi-integradas baseadas em sucata, o volume
principal de emissões é proveniente do forno elétrico a arco (45%), laminação e
acabamento (36%) e da produção de oxigênio e eletricidade (16%).
Quanto ao seqüestro de carbono, é tecnicamente viável, através da utilização de
tecnologias disponíveis, descarbonizar os gases de alto-forno antes de utilizá-los como
combustível. Devido à baixa pressão do CO2 nos gases de alto-forno, a tecnologia de
absorção é a mais adequada para fazer o seqüestro do carbono. O CO2 seqüestrado não
poderá ser utilizado no processo siderúrgico e deverá ser transportado para ser utilizado
em outra aplicação ou armazenado.
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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Os gases de alto-forno contêm, tipicamente, em torno de 20% de CO2 e 21% de CO por
volume, sendo o restante basicamente composto de N2 (nitrogênio). A pressão desses gases
é baixa, em torno de 2 a 3 bar. O CO2 pode ser capturado antes ou após a combustão dos
gases. A concentração de CO2 após a combustão é em torno de 27% por volume,
significativamente superior à dos gases de exaustão de centrais geradoras termelétricas.
Outros processos em uma usina siderúrgica também podem ser candidatos à captura de
CO2, pré ou pós-combustão. Por exemplo, os gases de exaustão de um forno a oxigênio
contêm, tipicamente, 70% de CO e 16% de CO2.
Por sua vez, a composição dos gases de alto-forno vem mudando, em virtude da crescente
injeção de carvão, de gás natural e de resíduos de plástico. Como estes combustíveis
tendem a reduzir a temperatura no alto-forno, esse efeito é compensado pela injeção de
50 kg a 75 kg de oxigênio por tonelada de aço. O enriquecimento, com a injeção de
oxigênio, diminui a concentração de N2 nos gases de exaustão e aumenta a concentração
de CO, de CO2 e de H2.
Finalmente, na Tabela 40 podem ser observadas as perspectivas tecnológicas globais
apresentadas pela IEA, para a indústria siderúrgica mundial no que tange às principais
tecnologias com potencial de penetração futura na indústria siderúrgica mundial.
Tabela 40 – Perspectivas tecnológicas globais para a introdução de tecnologias na
produção siderúrgica
2003-2015
2015-2030
2030-2050
Comercial
Comercial
Comercial
50-55
50
50
5%
7%
10%
Demonstração
Comercial
Comercial
60-70
60
55
50%
75%
90%
Estudos
Piloto/demonstração
comercial
Custo de capital (US$/t)
n.d.
120
110
Redução de CO2
75%
80%
85%
Tecnologia/Parâmetro
Injeção de carvão
Estágio de desenvolvimento
Custo de capital (US$/t)
Economia de energia
Injeção de plástico
Estágio de desenvolvimento
Custo de capital (US$/t)
Economia de energia
Seqüestro/armazenamento de CO2
Estágio de desenvolvimento
Fonte: IEA (2006)
Nota Técnica DEA 02/09. Caracterização do uso da energia no setor siderúrgico brasileiro
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9. Referências bibliográficas
Publicações
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2007. Rio de Janeiro, RJ: EPE, 2008.
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Produce Steel for Selected Conditions.. Pittsburgh, PA: Carnegie Mellon University,
2000.
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de Janeiro, RJ: IBS, 2008.
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Torres Filho, E.T e Puga, F.P. (organizadores). Perspectivas do Investimento 2007/2010.
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