Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.
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Data
2022
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Resumo
Neste trabalho foram avaliados os efeitos da redução no comprimento da perna de descida do
RH, realizada de forma que a descarga de aço que escoa por essa perna ocorra em posições
favoráveis ao arraste de escória para o interior do aço na panela e, portanto, promoção da
dessulfuração. As posições estudadas para a extremidade da perna de descida, via modelamento
matemático e modelamento físico a frio, foram no interior da camada de escória (óleo no
modelo físico) e na interface aço-escória (água-óleo). A taxa de circulação, o tempo de mistura,
bem como o comportamento fluidodinâmico macroscópico do aço não foram afetados,
assegurando que a modificação no reator não traz prejuízos às suas funções comuns. Entretanto,
foi observado nas simulações numéricas (utilizando o software Ansys®-CFX) e em modelo
físico, que a modificação provocou uma dispersão sustentável da escória no aço, sendo que essa
emulsificação entre as fases foi mais intensa quando a extremidade da perna de descida foi
posicionada acima da interface. Além disso, aumentando-se a vazão de gás na perna de subida,
aumenta-se a taxa de circulação, reduzindo o tempo de mistura e incrementando a
emulsificação, que melhorou a eficiência de refino. Observou-se ainda que trabalhando-se com
maiores quantidades de escória incrementa-se a velocidade e o grau de dessulfuração. Outro
parâmetro importante foi a diferença de densidade entre as fases. À medida que essa aumenta,
ainda se tem um elevado grau de emulsificação, mas o fluxo de fase de refino é mais restrito à
região do jato da perna de descida. Com os resultados de um modelo físico simplificado obteve-
se uma relação entre área interfacial aço-escória e o número modificado de Weber (We*). A
partir dessa relação desenvolveu-se um modelo matemático, validado com os testes de
transferência de massa no modelo físico, para previsão da cinética de dessulfuração (de-S) no
RH industrial modificado. Os resultados são promissores, especialmente para produção de aços
com ultrabaixo teor de enxofre (ULS, [S]<10 ppm). A previsão encontrada é que, mesmo para
corridas com teores iniciais dessa impureza da ordem de 200 ppm, considerando um coeficiente
de partição de enxofre (LS) igual a 1000 e um consumo específico de escória de 20-40 kg/t, se
obtenha de-S acima de 90% em menos de 10 minutos. Considerando LS de 300, a dessulfuração
é de 80 a 90%. Essa eficiência é superior à observada (~10-60%) com o emprego das técnicas
usuais de adição de agente dessulfurante na câmara de vácuo do RH.
Descrição
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Palavras-chave
Aço - dessulfuração, Equipamentos industriais - desgaseificador - RH, Processos de fabricação - refino secundário, Aço - escória - metalurgia - emulsificação
Citação
SILVA, Antonio Marlon Barros. Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado. 2022. 205 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.