Title

TEMPOS DE MISTURA E PERFIL DE VELOCIDADE EM UMA PANELA DEVIDO à INJEçãO DE GáS NO FUNDO E REAGENTES USADOS PARA FINS DE REFINO

MIXING TIMES AND VELOCITY PROFILE IN A LADLE DUE TO BOTTOM INJECTION OF GAS AND REAGENTS USED FOR REFINING PURPOSES

Authorship

Arruda, Jose Dimas de; Silva, Carlos Antônio da; Peixoto, Johne Jesus Mol; Electo, Felipe Lana; Costa, Lucas Neto da

Arruda, Jose Dimas de

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Silva, Carlos Antônio da

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Peixoto, Johne Jesus Mol

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Electo, Felipe Lana

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Costa, Lucas Neto da

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DOI

10.5151/2594-5300-39962

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Abstract

Níveis extremamente baixos de enxofre no aço só podem ser alcançados por meio de refino secundário. Busca-se versatilidade e alta produtividade, garantindo qualidade interna e superficial do aço, mantendo curtos tempos de tratamento e custos competitivos. Modelagens físicas e matemáticas são importantes ferramentas utilizadas para melhorar a operação industrial, otimizando os parâmetros do processo e encontrando meios de reduzir os teores de enxofre no aço. A forma como o material dessulfurante é adicionado afeta significativamente o processo de dessulfuração. Neste estudo, a injeção de reagente por plugue no fundo da panela foi avaliada usando um modelo físico e simulação fluidodinâmica (CFD). O efeito da vazão do gás forma avaliados no tamanho da bolha, perfil de velocidade dentro da panela e tempo de mistura em um modelo de panela de 215 toneladas em uma escala de 1:8. O perfil de velocidade foi determinado em dois planos centrais da panela pela técnica de "PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY" (PIV) e o tempo de mistura em dois pontos, pela técnica de condutimetria. Boa concordância foi observada entre os resultados experimentais e as previsões obtidas por CFD. Tempos de mistura mais curtos são obtidos quando se aplicam maiores vazões de gás, proporcionando maior energia de agitação ao sistema. Além disso, a análise da trajetória das gotas de óleo que simulam a injeção do material na panela e a abertura do olho na camada superficial da escória sugerem uma forte influência da vazão na dispersão do material.

Extremely low levels of sulfur in steel can only be achieved through secondary refining. Versatility and high productivity are sought, guaranteeing internal and surface quality of the steel, while keeping short treatment time and competitive costs. Physical and mathematical modeling are important tools used to improve the industrial operation, optimizing process parameters and finding the means of reducing sulfur levels in steel. The way the desulfurizing material is added significantly affects the desulfurization process. In this study, bottom tuyere reagent injection into the ladle was evaluated using a physical model and fluid dynamics simulation (CFD). The effect of the carrier gas flow rate on bubble size, velocity profile inside the ladle, and mixing time in a 215-ton ladle model at a scale of 1:8 were evaluated. The velocity profile was determined in two central plans of the ladle using the Particle Image Velocimetry (PIV) technique and the mixing time at two points using conductimetry technique. Good agreement was observed between the experimental results and the predictions obtained by CFD. Shorter mixing times are obtained when higher gas flow rates are applied, providing greater stirring energy to the system. In addition, the analysis of the trajectory of oil droplets that simulate the material injection into the ladle and the eye opening in the surface layer of slag suggest a strong influence of the flow rate on the material dispersion.

Keywords

tempo de mistura; piv; cfd; dessulfuração

Mixing Time; PIV; CFD; Desulfurization