Modelagem do fluxo multifásico em canal de alto-forno com foco na melhoria da eficiência de separação metal-escória.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, Marivaldo Junior Monteiro de
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFOP
Texto Completo: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/13209
Resumo: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
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spelling Oliveira, Marivaldo Junior Monteiro deSilva, Carlos Antônio daLemos, Leandro RochaGabriel, Weslei VianaPeixoto, Johne Jesus MolSilva, Carlos Antônio daPeixoto, Johne Jesus Mol2021-04-23T13:38:51Z2021-04-23T13:38:51Z2021OLIVEIRA, Marivaldo Junior Monteiro de. Modelagem do fluxo multifásico em canal de alto-forno com foco na melhoria da eficiência de separação metal-escória. 2021. 102 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2021.http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/13209Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.O canal de corrida é um equipamento importante no processo de fabricação em altos-fornos, promovendo a separação entre gusa líquido e escória após o vazamento. O canal de corrida é um importante equipamento dentro do processo, promovendo a separação metal-escória após o vazamento. Contudo, o padrão de fluxo no interior do canal de corrida é algo pouco estudado devido a sua complexidade. Devido à turbulência no canal durante o vazamento há perda de metal na escória bem como escória entranhada no gusa líquido. A perda de metal na escória é a situação mais crítica, pois afeta diretamente o rendimento metálico da operação. Segundo a literatura, essa perda pode chegar até 2,5% em massa. Analisou-se a influência de fatores geométricos como ângulo e diâmetro de furo de vazamento, vazão dos fluidos e a introdução de controladores de fluxo, sobre o padrão de escoamento dos fluidos, no canal de corrida, por meio de simulação física e numérica. Nas simulações físicas foram utilizadas técnicas de PIV (Particle Image Velocimetry), injeção de corantes com filmagens utilizando câmeras de alta definição, e injeção de traçador salino que geram curvas de distribuição de tempo de residência (DTR) para caracterizar o fluxo no canal. Estas técnicas validaram a modelagem matemática criada em fluidodinâmica computacional (CFX da Ansys®). Resultados de PIV e DTR mostraram boa concordância com o modelo matemático. Portanto, o modelo matemático é capaz de prever o comportamento do fluxo no canal de corrida e avaliar outros parâmetros como a eficiência de separação entre gusa e escória no canal de corrida. A grande emulsificação das fases (ar, escória e gusa) causada pela forte turbulência é o principal fator para perda de gusa no processo. Resultados sugerem que uma combinação entre taxas de vazamento e geometria interna do canal de alto-forno (introdução de controlador de fluxo ou mudança do design) permite otimizar o processo de separação metal/escória minimizando a perda de gusa e aumentando o rendimento metálico da operação. A nova geometria de fundo de canal sugerida por este trabalho poderia ser efetiva, gerando uma economia de US$266,83 por corrida vazada.Close to 95% of the world's hot metal production is from Blast Furnaces, reaching a production of 1.3 billion tons in 2019 according to the World Steel Association. The trough is an important equipment within the blast furnace manufacturing process, promoting the separation between hot metal and slag after casting. However, the flow pattern inside the runner’s understudied due to its complexity. Due to the turbulence in the trough during the casting there’s metal loss in the slag and also slag entering the hot metal. The metal loss in the slag is the most critical situation as it directly affects the efficiency of the operation. According to the literature, this loss can be as high as 2.5wt% in the slag. The influence of geometric features of the tap hole, such as angle and diameter, the influence of flow rate of fluids and also the effects due to flow control devices, on the flow pattern of fluids inside the blast furnace trough have been assessed by means of physical and numerical simulation. In the physical simulations, PIV (Particle Image Velocimetry) techniques were used, as well as dye injection - dispersion combined with high-definition cameras, and saline tracer injection to characterize the flow in the blast furnace trough. These techniques were used to validate the mathematical modeling created in Computational Fluid Dynamics (CFX by Ansys®). PIV and DTR results reached good agreement with the mathematical model. Therefore, the mathematical model is able to predict the flow behavior in the trough and to evaluate other parameters such as the separation efficiency between hot metal and slag. The large emulsification of the phases (air, slag and hot metal) caused by the strong turbulence is the main factor for hot metal loss in the process. Results suggest that a combination of casting rates and internal geometry of the blast furnace trough (introduction of flow controller or design change) can lead to optimization of the metal/slag separation process by minimizing hot metal loss and increasing the metal yield of the operation. It is suggested that a new bottom design, as proposed in this work, could result in savings of US$266.83 per tap.Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 06/04/2021 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. 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