Title

Modelo radial do escoamento gasoso no alto-forno acoplado ao modelo de reações químicas

Modelo radial do escoamento gasoso no alto-forno acoplado ao modelo de reações químicas

Authorship

CASTRO, OSÉ ADILSON DE; SILVA, ALEXANDRE JOSÉ DA

CASTRO, OSÉ ADILSON DE

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SILVA, ALEXANDRE JOSÉ DA

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DOI

10.5151/2594-5327-50v3-41-62

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Abstract

Desde a dissecação dos altos-fornos japoneses na década de 70, vêm sendo desenvolvidos modelos matemáticos de previsão do comportamento do alto-forno, simulando as diversas condições de operação com resultados satisfatórios. O escoamento gasoso no interior do alto-forno é de fundamental importância, pois, determina o ritmo de produção do reator, assim como condições de fluidização o que é mais significativo quando se opera com altas taxas de injeção de carvão pulverizado. Por outro lado a simulação computacional de tal escoamento constitui tarefa de alto nível de complexidade, pois trata-se de um escoamento em leito poroso, reativo, com porosidade variável e com troca de calor entre a carga sólida, gases e líquidos, o que impõe uma solução numérica das equações de transporte que descrevem o processo. Neste trabalho, através do método de diferenças finitas, resolvem-se as equações para o escoamento gasoso acoplado ao modelo de reações químicas para dadas concentrações dos componentes gasosos e composição da carga, sobreposto a um campo estimado de temperatura e considerando uma simetria radial. Este modelo permite analisar, para diferentes taxas de injeção de gás combustível e para várias as taxas de injeção, concluindo que quando se aumenta as taxas de injeção pode-se ocorrer fluidizações em algumas regiões do escoamento, fazendo com que o sistema seja um fator limitante para a estabilidade da operação do alto-forno.

Desde a dissecação dos altos-fornos japoneses na década de 70, vêm sendo desenvolvidos modelos matemáticos de previsão do comportamento do alto-forno, simulando as diversas condições de operação com resultados satisfatórios. O escoamento gasoso no interior do alto-forno é de fundamental importância, pois, determina o ritmo de produção do reator, assim como condições de fluidização o que é mais significativo quando se opera com altas taxas de injeção de carvão pulverizado. Por outro lado a simulação computacional de tal escoamento constitui tarefa de alto nível de complexidade, pois trata-se de um escoamento em leito poroso, reativo, com porosidade variável e com troca de calor entre a carga sólida, gases e líquidos, o que impõe uma solução numérica das equações de transporte que descrevem o processo. Neste trabalho, através do método de diferenças finitas, resolvem-se as equações para o escoamento gasoso acoplado ao modelo de reações químicas para dadas concentrações dos componentes gasosos e composição da carga, sobreposto a um campo estimado de temperatura e considerando uma simetria radial. Este modelo permite analisar, para diferentes taxas de injeção de gás combustível e para várias as taxas de injeção, concluindo que quando se aumenta as taxas de injeção pode-se ocorrer fluidizações em algumas regiões do escoamento, fazendo com que o sistema seja um fator limitante para a estabilidade da operação do alto-forno.

Keywords

Escoamento gasoso, Simulação numérica, Alto-forno

Escoamento gasoso, Simulação numérica, Alto-forno