Title

ESTUDO DA CINÉTICA DE REDUÇÃO DE PELOTAS DE MINÉRIO DE FERRO EM ALTOS FORNOS: PARTE I - MODELAMENTO MATEMÁTICO

KINETIC STUDY OF IRON ORE PELLETS REDUCTION IN BLAST FURNACES: PART I - MATHEMATICAL MODELS

Authorship

Araújo, Giselle de Mattos; Almeida, Erick Ledian de; Castro, José Adilson de

Araújo, Giselle de Mattos

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Almeida, Erick Ledian de

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Castro, José Adilson de

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DOI

10.5151/2594-357X-17207

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Abstract

A cinética de redução da carga ferrífera em altos fornos constituí um importante ponto a ser continuamente otimizado. O presente trabalho tem por objetivo buscar relações matemáticas que possibilitem previsão de informações como tempo de redução, características físicas das pelotas, entre outras. Para tal estudo parte-se de considerações físicas e termodinâmicas adequadas ao processo de redução dos óxidos de ferro, aplicado-as tanto ao modelo com uma única interface de reação, quanto àquele de três interfaces. São estabelecidas então equações que descrevem a cinética de cada passo do processo, englobando efeitos de parâmetros como difusividade e concentrações das espécies químicas redutoras, e também características da pelota tais como raio inicial, densidade, porosidade e tortuosidade, sendo em todos os casos o processo tratado como isotérmico. Através da relação entre os parâmetros de trabalho, foi possível observar a evolução da redução com o tempo, quantificada através da fração reduzida da pelota. Estas expressões matemáticas permitiram também a definição de equações que representam a taxa de redução em cada instante do processo. O modelo cinético desenvolvido tem mostrado boa correlação com dados da literatura.

The reduction kinetics of iron in blast furnaces is an important point to be continuously optimized. This paper aims to seek mathematical relationships that allow prediction of information such as time of reduction, physical characteristics of pellets, among others. For this, physical and thermodynamic considerations appropriate to iron oxides reduction process were applied to both the model with a single interface reaction, as that of three interfaces. Modeled equations describe the kinetics of each step of process, encompassing effects of parameters such as diffusivity and concentrations of chemical species, and also features such as pellet initial radius, density, porosity and tortuosity. In all cases reduction process was treated as isothermal. Through the relationship between these parameters it was possible to observe the evolution of reduction over time, quantified by the fractional reduction. These mathematical expressions also allowed the definition of equations representing the reduction rate at each process instant. The kinetic model developed has shown good correlation with literature.

Keywords

Cinética; Fração reduzida; Taxa de redução.

Kinetic; Fractional reduction; Reduction rate.