Title

OTIMIZAÇÃO DO LAYOUT DE VENTANEIRAS DO BOF DA ARCELLOR MITTAL TUBARÃO USANDO CFD: DA SIMULAÇÃO À VALIDAÇÃO INDUSTRIAL

OPTIMIZATION OF ARCELLOR MITTAL TUBARÃO'S BOF TUYERES LAYOUT USING CFD: FROM SIMULATION TO INDUSTRIAL VALIDATION

Authorship

RIBEIRO, RODRIGO GARCIA; RESENDE, ALEXANDRE DOLABELLA; GODOY, SANDRO CÉSAR; MARTINS, LEANDRO ROCHA; TEIXEIRA, CEMIR MAURO; FAVALESSA, RONALDO LUIZ; ANDREATTA, VINÍCIOS

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RESENDE, ALEXANDRE DOLABELLA

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GODOY, SANDRO CÉSAR

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MARTINS, LEANDRO ROCHA

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TEIXEIRA, CEMIR MAURO

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FAVALESSA, RONALDO LUIZ

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ANDREATTA, VINÍCIOS

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DOI

10.5151/2594-5300-42555

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Abstract

Este estudo investiga o impacto de diferentes configurações de ventaneiras em um conversor BOF da Arcelor Mittal Tubarão na eficiência da mistura do banho e no desgaste do refratário usando simulações de dinâmica de fluidos computacional (CFD). Seis configurações foram simuladas, variando o número, a simetria e as vazões das ventaneiras, mantendo ou ajustando o fluxo total de gás. A análise de CFD empregou modelos multifásicos VOF e DPM para simular o escoamento do banho, o cisalhamento da parede e a eficiência da mistura escalar. Entre as configurações simuladas, as configurações de seis ventaneiras com vazão reduzida do par de ventaneiras localizado na região do munhão (#4 e #6) demonstraram os campos de velocidade mais uniformes, as menores tensões de cisalhamento da parede e os tempos de mistura mais rápidos. A configuração #6 foi implementada em campo durante a Campanha 24 do conversor LD03. A campanha compreendeu 4.672 corridas e confirmou as previsões computacionais, mostrando que o layout de seis tuyeres manteve os principais indicadores metalúrgicos — incluindo pressão parcial de CO, oxigênio livre, ferro total e níveis de MgO — dentro ou acima das faixas esperadas. Além disso, o desgaste refratário permaneceu dentro dos limites operacionais seguros, com espessura residual acima de 200 mm em regiões críticas. O uso integrado de simulações CFD, análise metalúrgica e engenharia de refratários foi essencial para alcançar maior estabilidade do processo e vida útil do conversor, reforçando o valor de abordagens multidisciplinares na otimização da operação do BOF.

THIS STUDY INVESTIGATES THE IMPACT OF DIFFERENT BOTTOM TUYERE CONFIGURATIONS IN AN ARCELOR MITTAL TUBARãO’S BOF CONVERTER ON BATH MIXING EFFICIENCY AND REFRACTORY WEAR USING COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD) SIMULATIONS. SIX CONFIGURATIONS WERE MODELED, VARYING THE NUMBER, SYMMETRY, AND FLOW RATES OF TUYERES WHILE MAINTAINING OR ADJUSTING TOTAL GAS FLOW. THE CFD ANALYSIS EMPLOYED VOF AND DPM MULTIPHASE MODELS TO SIMULATE BATH FLOW, WALL SHEAR, AND SCALAR MIXING EFFICIENCY. AMONG THE CONFIGURATIONS, THE SIX-TUYERE SETUPS WITH REDUCED FLOW RATE OF THE PAIR OF TUYERES LOCATED IN THE TRUNNION REGION (#4 AND #6) DEMONSTRATED THE MOST UNIFORM VELOCITY FIELDS, LOWEST WALL SHEAR STRESSES, AND FASTEST MIXING TIMES. CONFIGURATION #6 WAS IMPLEMENTED IN THE FIELD DURING CAMPAIGN 24 OF CONVERTER LD03. THE CAMPAIGN COMPRISED 4672 HEATS AND CONFIRMED THE COMPUTATIONAL PREDICTIONS, SHOWING THAT THE SIX-TUYERE LAYOUT MAINTAINED KEY METALLURGICAL INDICATORS—INCLUDING CO PARTIAL PRESSURE, FREE OXYGEN, TOTAL IRON, AND MGO LEVELS—WITHIN OR BETTER THAN EXPECTED RANGES. ADDITIONALLY, REFRACTORY WEAR REMAINED WITHIN SAFE OPERATIONAL LIMITS, WITH RESIDUAL THICKNESS ABOVE 200 MM IN CRITICAL REGIONS. THE INTEGRATED USE OF CFD SIMULATIONS, METALLURGICAL ANALYSIS, AND REFRACTORY ENGINEERING WAS ESSENTIAL TO ACHIEVING IMPROVED PROCESS STABILITY AND CONVERTER SERVICE LIFE, REINFORCING THE VALUE OF MULTIDISCIPLINARY APPROACHES IN BOF STEELMAKING OPTIMIZATION.

Keywords

BOF, CFD, Ventaneira, Mistura, Refratário

BOF, CFD, Tuyere, Mixing, Refractory