Title

MODELAGEM MATEMÁTICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO ESCOAMENTO EM CANAL DE ALTO-FORNO E SUA INFLUÊNCIA NO DESGASTE DO REVESTIMENTO REFRATÁRIO

MATHEMATICAL MODELING AND NUMERICAL SIMULATION OF BLAST FURNACE TROUGH FLOW AND ITS INFLUENCE IN THE REFRACTORY LINING WEAR

Authorship

Rezende, Ricardo Vicente de Paula; Maliska, Clovis Raimundo

Rezende, Ricardo Vicente de Paula

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Maliska, Clovis Raimundo

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DOI

10.5151/2594-357x-00005

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Abstract

Este trabalho tem por objetivo modelar e simular o escoamento de ferro-gusa e ar no canal de alto-forno sem considerar a escória, procurando detalhes que possam correlacionar a fluido-dinâmica com o processo de desgaste do revestimento refratário que ocorre durante a operação do canal. O modelo matemático empregado é o modelo de dois fluidos (Euleriano- Euleriano), considerando o escoamento tridimensional, em regime transiente e com superfície livre. A abordagem da turbulência é feita por meio da formulação a zero equação. A solução do sistema de equações diferenciais é obtida numericamente no simulador Ansys CFX 10.0 ® e então comparada aos resultados da literatura para a sua validação. Os resultados demonstraram muito boa concordância com os reportados em outros trabalhos e, da mesma forma, indicam que o processo corrosivo é o principal fator no processo de desgaste, facilitado por um bom regime de mistura e tensões cisalhantes que, em tempos maiores, mesmo com baixas magnitudes, podem contribuir para a remoção de uma camada reativa mais frágil e permeável expondo o refratário a um novo ataque químico. Esta convergência de resultados possibilitou a validação do modelo. Espera-se com este trabalho melhorar o entendimento do fenômeno, direcionando estudos futuros nos problemas de desgaste e separação, tanto no que concerne ao modelamento físico e matemático quanto à solução numérica deste último.

The aim of this work is the modeling and the simulation of the steel and air flow in the blast furnace trough without considering the slag. The key issue is to try to correlate the hydrodynamics with the refractory wear that occurs during the operation of the trough. The mathematical model used is the two-fluid model (Eulerian-Eulerian), considering the three-dimensional flow, transient with free-surface. The turbulence modeling is made by the zero-equation model. The solution of the differential equation system is obtained by the Ansys CFX 10.0 ® simulator and then compared with available results for model validation. The results has demonstrated very good agreement with other works found in the literature. They indicate that the corrosive process is the main factor in the refractory wear, facilitated for a good mixture regimen and wall shear stress that, in a long run, besides its low magnitudes, can contribute for the removal of a more fragile and permeable reactive layer, exposing the fresh layer to a new chemical attack. These are preliminary but important results which helps the validation of model. The results promoted a better understanding of the physical phenomenon, directing future studies in wear and separation problems, concerning both the physical/mathematical modeling and the numerical solution.

Keywords

Escoamento multifásico; Superfície livre; Modelagem matemática, Canal de alto-forno.

Multiphase-flow; Free-surface; Mathematical modeling; Blast furnace trough.