Title

MODELAGEM MATEMÁTICA DO FLUXO DE LÍQUIDOS NO CADINHO DO ALTO-FORNO

MATHEMATICAL MODEL OF LIQUID FLOW IN THE BLAST FURNACE HEARTH

Authorship

Gandra, Beatriz Fausta; Carvalho, José de Sousa; Castro, José Adilson de; Castro, Luiz Fernando Andrade de

Gandra, Beatriz Fausta

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Carvalho, José de Sousa

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Castro, José Adilson de

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Castro, Luiz Fernando Andrade de

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DOI

10.5151/2594-357x-12756

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Abstract

O cadinho, região que define a vida útil do alto-forno, é onde ocorre o escoamento de gusa e escória, fenômeno que tem importante função na zona inferior do reator, afetando o seu comportamento operacional. O fluxo desses líquidos pode ser caracterizado usando-se equações gerais de conservação de massa e energia, e é fortemente influenciado pela fração de vazios no interior do reator, pelo fluxo de gás nas vizinhanças do raceway e pelo perfil do alto-forno. Em função das dificuldades de se realizar medições que permitam o conhecimento do estado interno do alto-forno, têm sido desenvolvidos modelos matemáticos que buscam simular os fenômenos que ocorrem nessa região. Neste contexto, adaptou-se um modelo de escoamento de fluidos, previamente desenvolvido pela UFF, ao Alto-Forno 3 da Usiminas. Esta adequação foi realizada alterando-se a rotina de previsão da velocidade de saída de material pelo furo de gusa e desenvolvendo-se rotinas para avaliação da granulometria do coque no cadinho, e da fração livre de coque. Para alimentação desta última rotina desenvolveu se, baseado nos dados reais de processo, um balanço de forças capaz de determinar a posição do homem morto no início de cada corrida. Em simulações realizadas com o modelo, pode-se concluir que a determinação da distância entre o fundo do cadinho e o início da coluna de coque está intimamente ligada à variação das pressões de sopro e de topo e ao peso da carga no alto-forno; a movimentação do líquido no cadinho é muito influenciada por essa posição do homem morto; a distribuição granulométrica do coque ao longo do raio no interior do cadinho tem forte influência nas linhas de fluxo do líquido, e conseqüentemente, na sua retenção, por outro lado, a variação homogênea do combustível não influencia de forma significativa a distribuição dos líquidos nem o tempo de residência.

Stable blast furnace operational is required to reduce energy consumption in iron and steelmaking industry. For the stable blast furnace operation, precise controlled drainage is one of the important factors. Therefore, in this work, basic characteristic features of drainage in a blast furnace hearth were examined. Three-dimensional mathematical model were developed based on the finite volume method to simulate liquid flow in a hearth of a blast furnace. Dead man position was developed to reflect the influence of same variables in it. The results indicate that the coke free space formed near the bottom of the hearth is intimately linked to the variation of the blow and top pressures and to the weight of the load in the blast furnace; the movement of the liquid is very influenced by that coke free space; the size distribution of the coke inside the hearth has strong influence in the liquid flow, and consequently, in its drainage efficiency.

Keywords

Altos-fornos; Cadinho; Modelagem.

Blast furnace; Hearth; Modelling.