Title

CURVAS DE AQUECIMENTO DE REFRATÁRIOS DE SÍLICA PARA FORNOS DE COQUE

OPTIMIZATION OF THE HEAT-UP SCHEDULE FOR COKE OVENS WITH SILICA REFRACTORY BRICKS

Authorship

Moldenhauer, Caio; Passos, Ricardo Leite; Donke, Sérgio Lopes

Moldenhauer, Caio

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Passos, Ricardo Leite

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Donke, Sérgio Lopes

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DOI

10.5151/2594-5327-0108

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Abstract

Os fornos de coque são equipamentos que necessitam de um controle estrito durante o aquecimento inicial. Devido às transformações polimórficas dos tijolos de sílica, o tempo de aquecimento é elevado. As curvas de aquecimento tradicionais baseiam-se em gerações antigas de fornos, e não estão otimizadas para a sua atual configuração. O presente estudo visa obter informações para a redução do tempo de aquecimento sem abrir mão da segurança para o refratário. Baseando-se em uma curva de aquecimento usual de 15 dias, foi desenvolvida uma nova curva preliminar de 10 dias. Considerando-se um coeficiente de convecção conservador, utilizou-se um método numérico para determinar o perfil transiente de temperaturas no refratário. As curvas efetivas de aquecimento em diferentes pontos foram obtidas com base na perda de calor em um equipamento hipotético, obtendo-se diversos perfis térmicos nos refratários. Os resultados para as curvas de aquecimento tradicional e modificada foram comparados em termos das temperaturas finais e do gradiente térmico na parede, determinante das tensões mecânicas atingidas. Observou-se uma pequena diferença dos gradientes térmicos e da temperatura final dos refratários entre as duas curvas, o que é um indício da possibilidade de redução do tempo de aquecimento sem que se atinja a resistência mecânica do material e ocorram propagações de trincas. Comparando-se a distribuição de temperaturas obtida com o resultado de dilatometria sobre um tijolo real de sílica, é possível determinar com maior segurança uma curva rápida de aquecimento, respeitando-se a velocidade de mudança de fases dentro do refratário.

Coke ovens are a type of equipment that needs a strict control during the heat-up. The polymorphic transformations natural to the silica bricks lead to the requirement of a long heating time. The traditional schedules applied are based on ancient coke oven generations, and are not optimized to their new configuration. The present work aims at obtaining information that can be used to reduce this heat-up schedule significantly, without sacrificing safety for the refractory. Based on an usual heat-up schedule of 15 days, a preliminary of 10 days curve was developed. Considering a conservative convective heat transfer coefficient, a numerical method was used to determine the transient temperature profile within the refractory. The effective heat-up schedules for each chamber were defined based on the heat loss verified in a hypothetical equipment. The results for both 15- and 10-days schedules were compared in terms of final temperature gradients within the walls, which determine the stress fields attained within the material. A very small difference in the final temperature profiles was observed, which indicates the possibility of a safe reduction in the heat-up time.

Keywords

Coqueria; Aquecimento convectivo; Simulação numérica; Transformações polimórficas da sílica.

Coke oven; Convective heating; Numerical simulation; Silica polymorphism