Título

MELHORIA DE PROJETOS REFRATÁRIOS ATRAVÉS DE TÉCNICAS DE OTIMIZAÇÃO E SIMULAÇÃO NUMÉRICA

IMPROVING REFRACTORY DESIGN THROUGH OPTIMIZATION TECHNIQUES AND NUMERICAL SIMULATION

Autoria

Pinto, João Pedro Chaib de Toledo Alves; Freire, Rubens Alves

DOI

10.5151/1516-392X-258

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Resumo

Os materiais refratários desempenham um papel importante na indústria siderúrgica, seja na qualidade do aço produzido ou na produtividade da planta. Alguns componentes apresentam maior influência nesses aspectos do que outros, portanto, mais recursos devem ser gastos em sua concepção, a fim de garantir um maior desempenho durante a operação. No presente trabalho, dois componentes diferentes são projetados para melhor atender as necessidades do cliente: uma válvula longa e uma placa de válvula gaveta. Se bem projetados, esses produtos refratários podem garantir menos tempo de manutenção e qualidade de aço superior. Portanto, o objetivo aqui é evitar a falha refratária e alcançar campanhas mais longas, diminuindo os níveis de estresse térmico-mecânico e, consequentemente, aumentando a produtividade da planta. Os projetos foram realizados utilizando simulações numéricas e ferramentas de otimização. Primeiro, as características geométricas relevantes das partes refratárias foram selecionadas e variadas dentro de uma determinada faixa. Em seguida, as condições operacionais foram aplicadas para que diferentes cenários pudessem ser simulados. Finalmente, um algoritmo de otimização foi usado para definir o melhor conjunto de valores de geometria de acordo com uma superfície de resposta criada a partir dos resultados de simulação numérica. É possível ver que os projetos mostraram melhorias térmicas estruturais consideráveis ​​quando comparados com o caso base.

 

Refractory materials play an important role in the steelmaking industry, whether in the quality of the produced steel or in the plant\'s productivity. Some components present higher influence in those aspects than others, therefore, more resources should be spent in their design in order to guarantee a greater performance during operation. In the present work, two different components are designed to better fulfill the customer needs: a ladle shroud and a slide gate plate. If well designed, these refractory products can assure less maintenance time and superior steel quality. Therefore, the goal here is to avoid the refractory failure and achieve longer campaigns by decreasing thermal-mechanical stress levels and, consequently, enhancing plant’s productivity. The designs were conducted using numerical simulations and optimization tools. First, the relevant geometry features of the refractory parts were selected and varied within a certain range. Then, the operational conditions were applied so different scenarios could be simulated. Finally, an optimization algorithm was used to define the best set of geometry values according to a response surface created out of the numerical simulation outputs. It is possible to see that the projects have shown considerable thermal-structural improvements when compared with the base case.

Palavras-chave

Otimização, Simulação numérica, Placa de Mecanismo de Válvula Gaveta, Válvula Longa

Optimization, Numerical Simulations, Slide Gate Plate, Ladle Shroud.