Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Antonio Marlon Barros
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFOP
Texto Completo: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/16351
Resumo: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
id UFOP_8cd7dc10184fdc4558f71596496e4f1f
oai_identifier_str oai:repositorio.ufop.br:123456789/16351
network_acronym_str UFOP
network_name_str Repositório Institucional da UFOP
repository_id_str 3233
spelling Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.Aço - dessulfuraçãoEquipamentos industriais - desgaseificador - RHProcessos de fabricação - refino secundárioAço - escória - metalurgia - emulsificaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.Neste trabalho foram avaliados os efeitos da redução no comprimento da perna de descida do RH, realizada de forma que a descarga de aço que escoa por essa perna ocorra em posições favoráveis ao arraste de escória para o interior do aço na panela e, portanto, promoção da dessulfuração. As posições estudadas para a extremidade da perna de descida, via modelamento matemático e modelamento físico a frio, foram no interior da camada de escória (óleo no modelo físico) e na interface aço-escória (água-óleo). A taxa de circulação, o tempo de mistura, bem como o comportamento fluidodinâmico macroscópico do aço não foram afetados, assegurando que a modificação no reator não traz prejuízos às suas funções comuns. Entretanto, foi observado nas simulações numéricas (utilizando o software Ansys®-CFX) e em modelo físico, que a modificação provocou uma dispersão sustentável da escória no aço, sendo que essa emulsificação entre as fases foi mais intensa quando a extremidade da perna de descida foi posicionada acima da interface. Além disso, aumentando-se a vazão de gás na perna de subida, aumenta-se a taxa de circulação, reduzindo o tempo de mistura e incrementando a emulsificação, que melhorou a eficiência de refino. Observou-se ainda que trabalhando-se com maiores quantidades de escória incrementa-se a velocidade e o grau de dessulfuração. Outro parâmetro importante foi a diferença de densidade entre as fases. À medida que essa aumenta, ainda se tem um elevado grau de emulsificação, mas o fluxo de fase de refino é mais restrito à região do jato da perna de descida. Com os resultados de um modelo físico simplificado obteve- se uma relação entre área interfacial aço-escória e o número modificado de Weber (We*). A partir dessa relação desenvolveu-se um modelo matemático, validado com os testes de transferência de massa no modelo físico, para previsão da cinética de dessulfuração (de-S) no RH industrial modificado. Os resultados são promissores, especialmente para produção de aços com ultrabaixo teor de enxofre (ULS, [S]<10 ppm). A previsão encontrada é que, mesmo para corridas com teores iniciais dessa impureza da ordem de 200 ppm, considerando um coeficiente de partição de enxofre (LS) igual a 1000 e um consumo específico de escória de 20-40 kg/t, se obtenha de-S acima de 90% em menos de 10 minutos. Considerando LS de 300, a dessulfuração é de 80 a 90%. Essa eficiência é superior à observada (~10-60%) com o emprego das técnicas usuais de adição de agente dessulfurante na câmara de vácuo do RH.Mathematical and physical modeling were carried out in order to analyze the effects of RH down leg length reduction to promote slag entrainment due to steel jet-slag friction, so the metal can be further refined (desulphurization, de-S). According to this new arrangement (RHDeS), the down leg end is positioned at slag-metal interface or above it. Physical modeling as well as numerical modeling (by using the software Ansys®-CFX) showed that circulation rate, mixing times and overall circulation pattern are not very much affected by the modifications. Therefore, this modification on RH does not compromise the main RH functions. However, this modification brings about a large and sustainable dispersion of slag (oil) in metal (water, or saline solution), especially when the down leg end is positioned above the slag-steel interface. The larger the gas flow, the larger the liquid circulation rate, the smaller the mixing time and the more significant the dispersion (small and more entrained droplets with larger residence time), which is beneficial to reactions rates. Moreover, as the specific slag amount increases, desulfurization kinetics and degree increase too. Other important parameter is density difference, as it is increased it was observed that the refining phase dispersion is still intense, but it is concentrated nearby the down leg flow. A specific set of experiments was performed in a simplified scaled down model, which operates in similar manner as RHDeS. This makes possible the evaluation of the total interfacial area of dispersed droplets as a function of modified Weber number (We*). From this relationship, a mathematical model was developed and validated with mass transfer tests performed in the physical model, allowing the prediction of desulfurization in industrial plant. This modification on RH reactor can be fruitful for Ultra- Low Sulphur steel production, [S] < 10 ppm, even for high initial sulfur concentration (200 ppm). Taking in account a slag ratio ranging from 20 to 40 kg/t and a high value of sulfur partition coefficient (LS ~1000) it is expected less than 10 min. to achieve de-S degree higher than 90%. If LS value is around 300, de-S could reach 80-90%. These results show that in RHDeS arrangement the de-S is expected to be higher than with schemes where desulfurizing agents are added in the vacuum chamber (~10-60%).Silva, Carlos Antônio daSilva, Carlos Antônio daGameiro, Danton HelenoSilva, Guilherme Liziero Ruggio daPeixoto, Johne Jesus MolLemos, Leandro RochaSilva, Antonio Marlon Barros2023-03-14T17:19:44Z2023-03-14T17:19:44Z2022info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSILVA, Antonio Marlon Barros. Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado. 2022. 205 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/16351http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 07/03/2023 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. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFOPinstname:Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)instacron:UFOP2023-03-14T17:19:55Zoai:repositorio.ufop.br:123456789/16351Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufop.br/oai/requestrepositorio@ufop.edu.bropendoar:32332023-03-14T17:19:55Repositório Institucional da UFOP - Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)false
dc.title.none.fl_str_mv Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.
title Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.
spellingShingle Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.
Silva, Antonio Marlon Barros
Aço - dessulfuração
Equipamentos industriais - desgaseificador - RH
Processos de fabricação - refino secundário
Aço - escória - metalurgia - emulsificação
title_short Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.
title_full Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.
title_fullStr Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.
title_full_unstemmed Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.
title_sort Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.
author Silva, Antonio Marlon Barros
author_facet Silva, Antonio Marlon Barros
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Silva, Carlos Antônio da
Silva, Carlos Antônio da
Gameiro, Danton Heleno
Silva, Guilherme Liziero Ruggio da
Peixoto, Johne Jesus Mol
Lemos, Leandro Rocha
dc.contributor.author.fl_str_mv Silva, Antonio Marlon Barros
dc.subject.por.fl_str_mv Aço - dessulfuração
Equipamentos industriais - desgaseificador - RH
Processos de fabricação - refino secundário
Aço - escória - metalurgia - emulsificação
topic Aço - dessulfuração
Equipamentos industriais - desgaseificador - RH
Processos de fabricação - refino secundário
Aço - escória - metalurgia - emulsificação
description Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022
2023-03-14T17:19:44Z
2023-03-14T17:19:44Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv SILVA, Antonio Marlon Barros. Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado. 2022. 205 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.
http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/16351
identifier_str_mv SILVA, Antonio Marlon Barros. Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado. 2022. 205 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.
url http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/16351
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFOP
instname:Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)
instacron:UFOP
instname_str Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)
instacron_str UFOP
institution UFOP
reponame_str Repositório Institucional da UFOP
collection Repositório Institucional da UFOP
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFOP - Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@ufop.edu.br
_version_ 1813002818430173184

Registros relacionados