Título

OTIMIZAçãO DO CONSUMO DE NITROGENIO NA ESTAçãO DE DESSULFURAçãO EM PANELA DA ARCELORMITTAL MONLEVADE

OPTIMIZATION OF NITROGEN CONSUMPTION IN THE LADLE DESULFURIZATION STATION OF ARCELORMITTAL MONLEVADE

Autoria

Costa, Helton Jackson; Tavares, Roberto Parreiras; Oliveira, Dayvison Carlos; Pascoal, Eduardo Dias; Cunha, Marcos Vinicius Ribeiro da; Ribeiro, Edgard Marcos; Bicalho, Natália de Castro; Oliveira, Maikon Henrique de; Bueno, Rafael Ferreira Delfim; Chaves, Alin Junior Machado

DOI

10.5151/2594-5300-39617

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Resumo

O enxofre no aço tem sido considerado prejudicial em sua qualidade na maioria dos casos. O enxofre pode causar perda de ductilidade, tenacidade ao impacto, além de piorar as propriedades de soldabilidade e resistência à corrosão e pode gerar problemas superficiais em tarugos ou placas. Recentemente, a demanda por tipos de aço com baixo teor de enxofre aumentou, e não são incomuns os tipos de aço com especificações de enxofre abaixo de 70 ppm. As principais fontes de enxofre no processo siderúrgico são os combustíveis fósseis que são utilizados no processo siderúrgico, para reagir com o minério de ferro gerando gusa. Durante este processo, o enxofre é incorporado à composição química do banho metálico, fazendo com que seja necessário um pré-tratamento do gusa antes do refino primário (no caso da ArcelorMittal Monlevade significa o processo bof), pois a remoção do enxofre é favorecida na ausência de oxigênio. Existem vários processos de dessulfuração de metal quente que podem ser conduzidos em carros torpedo ou panelas de metal quente. A eficiência deste processo é de fundamental importância para a qualidade dos aços, pois dentre todos os processos subseqüentes ao processo siderúrgico, este é o que possui maior capacidade de remoção de enxofre. A simulação de fluidodinâmica computacional (CFD) tem sido utilizada para modelar processos nos quais há grande dificuldade de visualização e experimentação, utilizando equações e modelos matemáticos para prever o comportamento dos fluidos no sistema e com essas informações poder investigar possibilidades de ajustes nos processos de acordo com o objetivo de cada operação. Assim, o presente trabalho adota simulações CFD para analisar o processo atual da estação de dessulfuração da ArcelorMittal Monlevade, para determinar condições ótimas de alturas de lança de injeção e fluxo de gás para minimizar o tempo de mistura e obter a máxima eficiência para o processo de dessulfuração. Para além das simulações, foram realizados testes industriais para validar os resultados obtidos através das simulações informáticas, e através do estudo e testes identificou-se a possibilidade de obter ganhos de eficiência do processo minimizando o consumo de azoto sem penalizar a remoção de enxofre no processo, a partir do uso de previsões obtidas por meio de simulações de computador.

 

Sulfur in steel has been considered deleterious in its quality in most cases. Sulfur can cause loss of ductility, impact toughness, and worsening the properties of weldability and resistance to corrosion and can generate surface problems in billets or slabs. Recently, the demand for low sulfur steel grades has increased, and it is not uncommon grades with sulfur specifications below 70ppm. The main sources of sulfur in the steelmaking process are the fossil fuels that are used in the ironmaking process, to react with the iron ore generating hot metal. During this process, sulfur is incorporated to the chemical composition of the metallic bath, and it causes the need of a pre-treatment of the hot metal before the primary refining (in ArcelorMittal Monlevade case it means Basic Oxygen Furnace), because the sulfur removal is favored in the absence of oxygen. There are several hot metal desulfurization processes that can be conducted in torpedo cars, or hot metal ladles. The efficiency of this process is of fundamental importance for the quality of the steel grades, because among all the subsequent processes of the steelmaking process, this is the one with the greatest sulfur removal capacity. Computational fluid dynamics (CFD) simulation has been used to modeling processes in which there is great difficulty in visualization and experimentation, using equations and mathematical models to predict the behavior of fluids in the system and with this information to be able to investigate possibilities of adjustments in the processes according to the target of each operation. Thus, the present work adopts CFD simulations to analyze the current process of ArcelorMittal Monlevade desulfurization station, to determine optimum conditions of injection lance heights and gas flow to minimize the mixing time, and to achieve the maximum efficiency for the desulfurization process. In addition to the simulations, industrial tests were performed to validate the results obtained through the computer simulations, and through the study and tests it was identified the possibility of obtaining process efficiency gains minimizing the nitrogen consumption without penalizing the removal of sulfur in the process, from the use of predictions obtained through computer simulations.

Palavras-chave

dessulfuração; ferro-gusa líquido; cfd; otimização de processos; tempo de mistura

desulfurization; hot metal; CFD; process optimization; mixing time.