Title

MODELAGEM MATEMÁTICA DA REDUÇÃO DIRETA

MATHEMATICAL MODELLING OF DIRECT REDUCTION

Authorship

Silveira, João Ricardo Filipini da; Ribeiro, Tiago Ramos; Bortolini, Guilherme; Moysés, Victória Beatriz Rontal

Silveira, João Ricardo Filipini da

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Ribeiro, Tiago Ramos

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Bortolini, Guilherme

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Moysés, Victória Beatriz Rontal

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DOI

10.5151/2594-357X-31982

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Abstract

O modelo do grão com interface tripla foi aplicado para o processo de redução direta de pelotas de hematita por monóxido de carbono (CO) em reator de leito fixo. Quatro experimentos foram realizados em laboratório a dois patamares de temperatura, com pelotas de dois raios médios. Por meio do método de Newton de duas variáveis, foi feito um ajuste do modelo às curvas experimentais de redução ao longo do tempo com o objetivo de determinar os parâmetros de cinética e de difusão no interior das pelotas. Observou-se um erro percentual máximo por volta de 2% para o grau de redução para três dos quatro ensaios. Criou-se a hipótese de que no ensaio com maior erro ocorreu carburação da alumina presente no reator. O grau de redução final em função do raio da pelota foi determinado por análise metalográfica para cada um dos experimentos e comparado com o cálculo do modelo. A inclinação das curvas é semelhante, indicando que o transporte de massa ao longo do raio da pelota está corretamente contabilizado pelo modelo.

The triple-interface grain model was applied to a direct reduction of hematite pellets by carbon monoxide gas (CO) in a fixed bed reactor. Four experiments were conducted in lab scale in two different temperatures using pellets with two different mean radii. Using Newton’s method for two variables, the model was fitted to the degree of reduction as a function of time in order to determine parameters for kinetics and diffusion inside the pellets. A maximum percentage error of around 2% was observed for three among the four experiments. It is hypothesized that in the experiment with greatest error, carbon deposition took place in an alumina layer inside the reactor. The final degree of reduction as function of pellet radius was determined by metalographic analysis for each experiment and compared to what was calculated by the model. The slope of the curves matched, thus indicating that mas transport inside the pellets is correctly assessed by the model.

Keywords

Modelagem matemática; redução direta; cinética; difusão

Mathematical Modelling; direct reduction; kinetics; diffusion