Título

MODELOS ANALíTICOS E NUMéRICOS PARA O DIMENSIONAMENTO DAS JUNTAS DE EXPANSãO DO REVESTIMENTO DE CALCINADORES

ANALYTICAL AND NUMERICAL MODELS FOR THE DESIGN OF CALCINER LININGS EXPANSION JOINTS

Autoria

Pereira, Carolina Ierck

DOI

10.5151/2594-5327-40050

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Resumo

Calcinadores de alumina são revestidos com materiais cerâmicos refratários que protegem e isolam termicamente o equipamento. Tão importante quanto as propriedades intrínsecas do material do revestimento é o desenvolvimento de seu projeto de aplicação. O objetivo deste trabalho consiste na construção de modelos analíticos e numéricos para a análise do efeito do gradiente térmico e de restrições mecânicas no comportamento de expansão de um painel refratário e os respectivos impactos no dimensionamento das juntas entre painéis. Os resultados mostram que a presença de um gradiente térmico linear gera uma variação na expansão linear ao longo da espessura do painel, no caso de nenhuma restrição à expansão térmica do painel, o qual pode ser previsto por ambos os modelos. A análise numérica via método dos elementos finitos mostrou que, na situação de restrição à expansão na face fria do painel, esse gradiente de expansão é menor e não-linear. Com isso, para qualquer caso, a utilização de uma junta de expansão de espessura constante e proporcional à expansão da face quente estaria deixando o revestimento suscetível à penetração de particulado erosivo a alta temperatura, o qual pode danificar a estrutura do calcinador, provocando a parada de produção e grandes perdas financeiras. Assim, ressalta-se a importância da elaboração de modelos computacionais representativos para uma maior acurácia e confiabilidade no projeto das juntas de expansão de revestimentos refratários.

 

Alumina calciners are lined with refractory ceramics that protect and provide thermal insulation to the equipment. As important as the intrinsic properties of the lining material are, the development of the design project is equally crucial. The objective of this work is to build up analytical and numerical models for analyzing the effect of thermal gradients and displacement restrictions on the expansion behavior of a refractory panel, as well as the resulting impacts on the design of expansion joints. The results indicate that the presence of a linear thermal gradient causes a linear expansion gradient along the thickness of the panel when there are no restrictions on expansion. This behavior can be predicted by both models. However, the numerical analysis using the finite element method demonstrates that when there is a restriction on expansion at the cold face of the panel, the expansion gradient becomes smaller and non-linear. Consequently, using an expansion joint of constant thickness and proportional to the expansion of the hot face in either case would leave the lining vulnerable to the penetration of hot erosive particles. This could potentially damage the structure of the calciner, leading to production stoppage and significant financial losses. Therefore, it is crucial to emphasize the importance of developing representative computational models to ensure greater accuracy and reliability in designing expansion joints for refractory linings.

Palavras-chave

Junta de expansão; Calcinador; Revestimento refratário; Simulação computacional.

Expansion joint; Calciner; Refractory lining; FEM simulation.