Title

ESTUDO DA UTILIZAÇÃO DE OXIGÊNIO EM FORNO DE CUBA PARA REDUÇÃO DIRETA

STUDY OF OXYGEN UTILIZATION ON SHAFT FURNACE FOR DIRECT REDUCTION

Authorship

Castro, Jose Adilson de

Castro, Jose Adilson de

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DOI

10.5151/2594-357X-15723

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Abstract

Os processos de redução direta via forno de cuba têm se tornado populares devido a sua versatilidade e utilização massiva de gás natural. Entretanto, a temperatura do gás redutor na zona de redução desempenha papel fundamental na eficiência do processo. Um das maneiras eficientes de se controlar a temperatura do gás na zona de redução consiste em se promover a reforma in situ na região das ventaneiras destes reatores. Neste trabalho analisam-se a influencia da injeção de oxigênio em reator de redução direta com diferentes níveis de ventaneiras visando promover reforma in situ e elevar a temperatura do gás de redução. A abordagem dos fenômenos que ocorrem no interior deste tipo de reator é possível através de modelos matemáticos que descrevem os fenômenos de trocas térmicas, químicas e momentum no interior dos mesmos. Neste trabalho, um modelo multifasico é apresentado e discutido. O modelo considera simultaneamente o escoamento gasoso, trocas térmicas e as principais reações de redução, reforma, e carburação. As taxas de reações foram adaptadas da literatura, bem como as iterações gás sólidos. Diferentes condições operacionais são analisadas para percentagens crescentes de oxigênio e gás natural injetados nas regiões das ventaneiras.

The processes of direct reduction based on shaft furnaces technologies have became popular due to high versatility and massive gas natural utilization. However, the inner temperature at the reduction zone plays important role on the process efficiency. An alternative to improve and control the temperature of the reduction zone is to promote the in situ gas reforming on the buster level of these reactors. In this investigation the effect of oxygen and natural gas injection into the buster level is analyzed aiming to improve the in situ reform and increase the gas temperature of the reduction zone. The inner phenomena of these reactors are complex and only can be analyzed by mathematical models able to quantify the interphase interactions such as heat, mass and momentum exchanges. In this work a multiphase mathematical model is proposed to analyze gas and solid flows as well as chemical reactions and temperatures. The model is based on transport equations of mass, momentum, energy and chemical species which are solved numerically with the help of finite volume approach. Internal and global parameters are analyzed for increasing oxygen and natural gas injections at the buster level.

Keywords

Redução direta; Modelo CFD; Reforma in situ.

Direct reduction; CFD Model; Shaft Furnace and in situ reform.