Title

MODELO BASEADO EM FENOMENOS DE TRANSPORTE PARA UM FORNO CILÍNDRICO DE FUSÃO DE SUCATA

MODEL BASED ON TRANSPORT PHENOMENA FOR A CYLINDRICAL SCRAP MELTING FURNACE

Authorship

FILHO, MARLON VALBER FERREIRA; CASTRO, JOSÉ ADILSON DE; MEDEIROS, GIULIO ANTUNES DE

FILHO, MARLON VALBER FERREIRA

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CASTRO, JOSÉ ADILSON DE

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MEDEIROS, GIULIO ANTUNES DE

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DOI

10.5151/2594-357X-42823

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Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo numérico baseado em equações de fenômenos de transporte para simular o comportamento termofluidodinâmico de um forno cilíndrico de fusão de sucata do tipo cubilô. O modelo é uma adaptação de uma formulação multifásica originalmente aplicada ao alto-forno, sendo ajustado para representar as quatro fases características do cubilô: gás, sólido, metal líquido e escória líquida. Utilizou-se o método dos volumes finitos para a discretização tridimensional do domínio e o algoritmo SIMPLE para o acoplamento pressão-velocidade. A formulação considera interações entre as fases, como trocas de momento, energia, massa e transformações químicas, e foi validada com base em dados operacionais da literatura. Os resultados da simulação apresentaram perfis de temperatura do gás e dos sólidos compatíveis com as zonas de reação conhecidas, além de uma distribuição estratificada das frações volumétricas de metal e escória na base do reator, conforme esperado para o processo. O modelo mostrou-se robusto e capaz de reproduzir com fidelidade o perfil térmico e a dinâmica multifásica do forno cubilô, sendo uma ferramenta promissora para otimização de parâmetros operacionais, redução de emissões e avaliação de desempenho em processos industriais de fusão de sucata.

THIS WORK PRESENTS THE DEVELOPMENT OF A NUMERICAL MODEL BASED ON TRANSPORT PHENOMENA EQUATIONS TO SIMULATE THE THERMOFLUIDYNAMIC BEHAVIOR OF A CYLINDRICAL SCRAP-MELTING FURNACE OF THE CUPOLA TYPE. THE MODEL IS AN ADAPTATION OF A MULTIPHASE FORMULATION ORIGINALLY APPLIED TO BLAST FURNACES, ADJUSTED TO REPRESENT THE FOUR PHASES TYPICAL OF THE CUPOLA: GAS, SOLID, LIQUID METAL, AND LIQUID SLAG. THE FINITE VOLUME METHOD WAS USED FOR THREE-DIMENSIONAL DISCRETIZATION OF THE DOMAIN, AND THE SIMPLE ALGORITHM WAS APPLIED FOR PRESSURE-VELOCITY COUPLING. THE FORMULATION CONSIDERS INTERACTIONS BETWEEN PHASES, SUCH AS MOMENTUM, ENERGY, AND MASS TRANSFER, ALONG WITH CHEMICAL TRANSFORMATIONS, AND WAS VALIDATED USING OPERATIONAL DATA FROM THE LITERATURE. THE SIMULATION RESULTS SHOWED TEMPERATURE PROFILES FOR GAS AND SOLIDS CONSISTENT WITH KNOWN REACTION ZONES, AS WELL AS A STRATIFIED DISTRIBUTION OF LIQUID METAL AND SLAG VOLUME FRACTIONS AT THE BASE OF THE REACTOR, AS EXPECTED FOR THE PROCESS. THE MODEL PROVED ROBUST AND CAPABLE OF RELIABLY REPRODUCING THE THERMAL REGIME AND MULTIPHASE DYNAMICS OF THE CUPOLA FURNACE, MAKING IT A PROMISING TOOL FOR OPTIMIZING OPERATIONAL PARAMETERS, REDUCING EMISSIONS, AND ASSESSING PERFORMANCE IN INDUSTRIAL SCRAP-MELTING PROCESSES.

Keywords

Forno cubilô, Modelamento, Equações de transporte, Multifase

Cupola furnace, Modeling, Transport equations, Multiphase