Title

DESENVOLVIMENTO DE MODELO MATEMÁTICO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR NO REVESTIMENTO REFRATÁRIO DE UM FORNO DE TRATAMENTO TÉRMICO DE TUBOS DE AÇO

MATHEMATICAL MODEL DEVELOPMENT OF REFRACTORY MATERIALS HEAT TRANSFERS APPLIED TO A STEEL TUBES HEAT TRATMENT FURNACE

Authorship

Loze, Arnaud-Guilhem de; Rodrigues, Luis Fernando Oliveira; Soares, Lis Nunes

Loze, Arnaud-Guilhem de

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Rodrigues, Luis Fernando Oliveira

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Soares, Lis Nunes

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DOI

10.5151/2237-0234-27855

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Abstract

Este artigo apresenta um modelo matemático desenvolvido para o estudo das temperaturas dos refratários dos fornos de tratamento térmico de tubos de aço em períodos sem produção. Nesses períodos, o forno é desligado ou conservado em temperatura reduzida, visando economia de energia. O modelo matemático desenvolvido utiliza equações discretizadas para o cálculo da evolução das temperaturas em pontos internos do revestimento refratário em função da evolução da temperatura da atmosfera interna do forno. O modelo foi validado em campanhas de medições experimentais. Vários termopares foram instalados em diferentes profundidades do material refratário, e a evolução de temperaturas nestes pontos foi coletada durante duas semanas. A comparação entre modelo e medidas apresentou erro relativo considerado pequeno para todos os diferentes cenários. O modelo permitiu definir a condição de regime quase permanente do forno para garantir retomada do estado produtivo sem problemas de qualidade do produto. E auxiliou também o desenvolvimento de melhores práticas de controle do forno considerando a melhoria da qualidade dos produtos e economia de energia. O estudo foi considerado bem sucedido, e sua aplicação em outros fornos está sendo estudada.

This paper presents a mathematical model developed to study the refractory materials temperaturess of a steel tubes heat treatment furnace during no production periods. During these periods, the furnace is either turned off or either its atmosphere temperature is reduced to save energy. The developed model uses a discretized method of a heat transfer equations system to compute inside refractory materials temperatures evolution in function of furnace atmophere temperature evolutions. The model was then validated with data from a measurement campaign. Several thermocouples were installed at different depths within refractory materials; temperatures evolutions were collected during about two weeks. Comparison bewteen the model and measurements shows small relative differences for all furnace situations. The model allow to define the almost steady state needed condition of refractory materials to improve production quality after an no production period. It also helps to define furnace control best practices regarding product quality improvement and energy savings. As the developed method was successful, its application to other plant furnaces is considered.

Keywords

Transferência de calor, Fornos de tratamento térmico, Revestimento refratário

Heat transfer, Heat treatment furnaces, Refractory materials