Título

MODELAMENTO E SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL POR VOLUMES FINITOS DA AUTO-REDUÇÃO EM FORNO DE CUBA

MODELING AND COMPUTATIONAL SIMULATION OF THE TECNORED SHAFT FURNACE USING FINITE VOLUME METHOD

Autoria

Castro, José Adilson de; D’Abreu, José Carlos; Silva, Alexandre José da

DOI

10.5151/2594-5327-0017

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Resumo

O processo Tecnored é o único desenvolvido com tecnologia nacional que está atingindo a escala industrial. As principais vantagens deste processo consiste na utilização de aglomerados auto-redutores, curados a frio obtidos a apartir de uma mistura de finos de minério/ resíduos e redutor. No presente trabalho um modelo total baseado na técnica de volumes finitos é proposto para simular a zona superior do reator. O modelo proposto consiste na formulação de um modelo bifásico ( sólido e gás) através de equações de transporte de momentum, energia e espécies químicas para as duas fases presentes na região superior do reator Tecnored. i) Gas: N2,O2,CO,CO2,H2,H2O, SiO e ii) Sólido: C, SiC, Fe2O3, Fe3O4, FeO, Fe, H2O, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, ganga. As equações de transporte são discretizadas através da técnica de volumes finitos obtendo-se os campos tridimensionais de velocidade e pressão para o movimento do gás e do sólido. Adicionalmente aos campos de temperatura e espécies químicas. Cada uma das espécies químicas são resolvidas acopladas ás reações químicas que promovem a tranferencia de massa entre as fases. Portanto, o modelo permite a solução acoplada cinética das reações químicas ao transporte de momentum e energia, fornecendo os campos de velocidade, temperatura, distribuição das espécies químicas em ambas as fases, bem como detalhes das cinéticas das principais reações químicas que que ocorrem no interior do reator Tecnored. Tais informações podem ser utilizadas de maneira adequada para otimizar a operação deste equipamento

 

The tecnored process is a Brazilian technology of self reduction which has got maturity and industrial scale. The main advantages of this process consist of utilization of self-reducing agglomerates cold bonded which are obtained from a mixture of fine ore/ residues and reducing agent. In this work a mathematical model based on transport equations is proposed to simulate the upper shaft of the process. The model use a two phase formulation for describing the momentum, energy and mass transport. The phases considered are: i) Gas: N2,O2,CO,CO2,H2,H2O, SiO and ii) Solid: C, SiC, Fe2O3, Fe3O4, FeO, Fe, H2O, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, gangue. The transport equations are discretized into a finite volume framework and as the results the temperatures, velocity and concentration fields are obtained for both phases. The chemical reactions are considered and the rate equations are obtained from the literature. Therefore, the model takes into account simultaneously the mass transfer of the chemical species and phase changes together with the energy and momentum transfer. The results of all of this field can be used to optimize the process operation technique and verify the use of several new raw materials.

Palavras-chave

Auto-redução; Modelamento matemático; Tecnored.

Self-reducing agglomerates; Mathematical modeling; Tecnored Process.