Simulação do comportamento escória/aço durante o esgotamento da panela através de modelagem física

• Autor(a) principal: Cesar Takaci Sato
• Data de Publicação: 2007
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/MAPO-7R5NH7
• topic: Escória; panela; esgotamento; modelo físico; Engenharia metalúrgica; Engenharia de minas; Escória; Aço Metalurgia; Metalurgia extrativa

A escória é fundamental ao processo produtivo do aço, pois o protege contra reoxidação e perda térmica. Além disso, ela pode afetar a produtividade do processo assim como a qualidade do aço quando não há um controle da passagem de escória saindo da panela e indo para o distribuidor no lingotamento contínuo. Uma passagem excessiva aumenta o volume de escória no distribuidor, potencializando o ataque químico dos refratários, limitando o número de corridas por seqüência. A interrupção prematura do vazamento é utilizada para evitar a passagem de escória, porém esta ação leva a uma quantidade residual significativa de aço dentro da panela, implicando em perda no rendimento metálico e, conseqüentemente, no aumento do custo de produção do aço. A passagem descontrolada de escória também pode acarretar em emulsificação da escória com o aço, levando a um arraste de escória, contaminando o produto final de inclusões não-metálicas. Isto pode afetar de forma negativa as propriedades mecânicas do produto final.Dentro desta dissertação, um modelo físico da panela da Belgo - Usina de Monlevade foi construído em acrílico, na escala 1:3. Neste estudo, foi avaliado o comportamento da interface aço/escória (simulados, respectivamente, por água e óleo de silicone) no momento do escoamento para o distribuidor. Foi dada ênfase ao fim do esvaziamento da panela, onde a ocorrência de formação de vórtice acentua o arraste/emulsificação do óleo de silicone com a água. Para a realização dos testes, foi executado um Planejamento De Experimentos (PDE) ou Design Of Experiments (DOE), onde os seguintes fatores foram testados em dois níveis: - Vazão de saída da água da panela, 19 l/min ou 28 l/min; - Tempo de espera (tempo decorrido após o enchimento da panela até o início do esvaziamento), 1 minuto ou 30 minutos; - Uso ou não de rinsagem durante o esvaziamento da panela; - Presença ou não do dispositivo anti-vórtice na inibição do arraste de material sobrenadante; - Presença ou não de óleo de silicone simulando a escória. A variável resposta foi a altura crítica, isto é, a altura de água correspondente ao momento em que o detector de escória indicou a presença do ar e/ou óleo de silicone próximo ao orifício de saída da panela (a presença do ar e/ou óleo pode ser devido ao vórtice ou escoamento do tipo dreno). É importante ressaltar que quanto mais baixo for este valor, infere-se um maior aproveitamento do aço, isto é, um maior rendimento metálico da aciaria sem afetar a qualidade do aço. O estudo mostrou que a simulação física do esvaziamento da panela foi eficaz para identificar os parâmetros mais importantes para avaliar o vórtice e minimizar o arraste e emulsificação do ar ou óleo de silicone com a água para a válvula de saída. Foi concluído que houve uma diferença significativa entre as alturas críticas quando se simulou o esvaziamento da panela com e sem a presença do óleo de silicone (em valores médios, 12mm e 3mm, respectivamente). Este fato é importante, pois deste modo não se pode comparar os resultados dos testes realizados somente com água com os experimentos onde há a presença de água e de um óleo sobrenadante simulando a escória. Outros fatores que mostraram efeitos significativos sobre a altura crítica foram a vazão de saída da panela e a presença do dispositivo anti-vórtice, levando em consideração a presença de óleo de silicone. Quando se compara a vazão de 19 l/min com a de 28 l/min nas mesmas condições, a altura variou de 12mm para 18mm, ou seja, a influência da alteração da vazão levou a formação do vórtice a uma altura 51% maior. Analisando a atuação do dispositivo anti-vórtice, foi verificado que o efeito da presença do dispositivo reduziu a altura crítica de 17mm para 12mm, uma diferença de quase 41%. Portanto, o desenho concebido neste estudo, onde foi visada uma peça anti-vórtice simples e funcional, provou-se eficiente para reduzir a altura de formação do vórtice.