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http://hdl.handle.net/1843/BUOS-AVQMM2| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Avaliação da permeabilidade da zona de gotejamento de um alto-forno com foco na análise dos fenômenos de retenção e refluxo |
| Authors: | Dimas Henrique Barros Andrade |
| First Advisor: | Roberto Parreiras Tavares |
| First Referee: | Rodrigo Lambert Oréfice |
| Second Referee: | Guilherme Liziero Ruggio da Silva |
| Third Referee: | Breno Totti Maia |
| Abstract: | A operação dos altos-fornos tem sido cada vez mais dificultada devido às qualidades químicas e físicas das matérias-primas disponíveis, seja pelo seu empobrecimento com o passar dos anos ou pelo fato de alto custo das que ainda têm qualidade. A qualidade das matérias-primas, principalmente coque e sínter, são primordiais em todas as zonas do reator, porém nesse trabalho o foco é na Zona de Gotejamento. A qualidade do coque carregado que chega à Zona de Gotejamento, a vazão de líquidos e a vazão dos gases são fatores críticos para definir a permeabilidade dessa região, sendo que todos têm que coexistir naquele local com o mínimo de turbulência possível. Na zona de gotejamento há 3 fluxos naturais para os 3 protagonistas citados acima: o coque é consumido da superfície para o centro e desce, os líquidos ferro-gusa e escória descem e o gás sobe. Sendo que os líquidos e o gás têm que passar em contra fluxo nos espaços vazios entre as partículas de coque. Diversos estudos já foram realizados sobre a dinâmica de fluidos em leitos empacotados e nessa dissertação foi abordada a similaridade dessas condições com a zona de gotejamento de um alto-forno, para então entender a dinâmica dos líquidos e do sólido nessa região relacionando com fatores operacionais e qualidade de matérias primas. O principal entendimento que foi objetivado é a relação dos volumes de líquidos (nível de produção de ferro gusa e quantidade específica de escória) e qualidade da escória e do coque com instabilidades operacionais, assim foi possível identificar limites ou ajustes necessários quando um ou mais dos protagonistas variarem da condição típica. O foco do aprofundamento desse conhecimento, quanto ao volume de líquidos e gases, significa maior produtividade para os altos-fornos da Gerdau Ouro Branco, o que gera valor para empresa com a diminuição dos custos fixos ou oportunidade de aumentar volumes de produção caso haja demanda de mercado. O trabalho foi conduzido a partir da análise dos dados históricos da Gerdau Ouro Branco. Esses dados serviram de base para estimar as variáveis críticas e essas foram utilizadas para posicionar no diagrama de retenção e refluxo de MATSU-URA e OHNO (1994) cada momento das condições operacionais de altos-fornos. O posicionamento no diagrama indicou os limites de operação quando houve instabilidades operacionais e possibilitou quantificar o impacto de cada variável crítica, assim é possível propor ações de ajuste operacional visando uma produção de líquidos maior. A operação dos altos-fornos tem sido cada vez mais dificultada devido às qualidades químicas e físicas das matérias-primas disponíveis, seja pelo seu empobrecimento com o passar dos anos ou pelo fato de alto custo das que ainda têm qualidade. A qualidade das matérias-primas, principalmente coque e sínter, são primordiais em todas as zonas do reator, porém nesse trabalho o foco é na Zona de Gotejamento. A qualidade do coque carregado que chega à Zona de Gotejamento, a vazão de líquidos e a vazão dos gases são fatores críticos para definir a permeabilidade dessa região, sendo que todos têm que coexistir naquele local com o mínimo de turbulência possível. Na zona de gotejamento há 3 fluxos naturais para os 3 protagonistas citados acima: o coque é consumido da superfície para o centro e desce, os líquidos ferro-gusa e escória descem e o gás sobe. Sendo que os líquidos e o gás têm que passar em contra fluxo nos espaços vazios entre as partículas de coque. Diversos estudos já foram realizados sobre a dinâmica de fluidos em leitos empacotados e nessa dissertação foi abordada a similaridade dessas condições com a zona de gotejamento de um alto-forno, para então entender a dinâmica dos líquidos e do sólido nessa região relacionando com fatores operacionais e qualidade de matérias primas. O principal entendimento que foi objetivado é a relação dos volumes de líquidos (nível de produção de ferro gusa e quantidade específica de escória) e qualidade da escória e do coque com instabilidades operacionais, assim foi possível identificar limites ou ajustes necessários quando um ou mais dos protagonistas variarem da condição típica. O foco do aprofundamento desse conhecimento, quanto ao volume de líquidos e gases, significa maior produtividade para os altos-fornos da Gerdau Ouro Branco, o que gera valor para empresa com a diminuição dos custos fixos ou oportunidade de aumentar volumes de produção caso haja demanda de mercado. O trabalho foi conduzido a partir da análise dos dados históricos da Gerdau Ouro Branco. Esses dados serviram de base para estimar as variáveis críticas e essas foram utilizadas para posicionar no diagrama de retenção e refluxo de MATSU-URA e OHNO (1994) cada momento das condições operacionais de altos-fornos. O posicionamento no diagrama indicou os limites de operação quando houve instabilidades operacionais e possibilitou quantificar o impacto de cada variável crítica, assim é possível propor ações de ajuste operacional visando uma produção de líquidos maior. |
| Abstract: | The operation of the blast furnaces has been increasingly hampered due to the chemical and physical qualities of the available raw materials, either because of their impoverishment over the years or because of the high cost of those that still have quality. The quality of the raw materials, mainly coke and sinter, are paramount in all zones of the reactor, but in this work the focus will be on the dripping zone. The quality of the charged coke that arrives in the dripping zone, the liquid flow and the gas flow are critical factors to define the permeability of this region, all of which have to coexist in that location with the least possible turbulence. In the dripping zone there are 3 natural streams for the 3 protagonists mentioned above: the coke is consumed from the surface to the center and descends, the liquids, hot metal and slag, drip and the gas rises. Wherein liquids and gas have to pass in a countercurrent flow through the voids between the coke particles. Several studies have already been carried out on fluid dynamics in packaged beds, and in this thesis the similarity of these conditions of the dripping zone of a blast furnace was discussed, in order to understand the dynamics of liquids and solid in this region related to operational factors and raw materials quality. The main understanding was the relationship between total liquid volumes (hot metal production and slag-rate) and slag and coke quality with operational instability, so it was possible to identify the limits or necessary adjustments when one or more of the variables change from the typical condition. The focus of this knowledge on the volume of liquids and gases means higher productivity for the blast furnaces of Gerdau Ouro Branco, which generates value for the company with the reduction of fixed costs or the opportunity to increase production if there is market demand. The work was conducted based on the analysis of the historical data of Gerdau Ouro Branco. These data served as a basis for estimating the critical variables and these were used to plot each moment of the blast furnace operational conditions in flooding diagram. The plotting in the diagram indicated limits for operation when there were operational instabilities and it was possible to quantify the impact of each critical variable, so it is possible to propose actions of operational adjustment aiming at a higher liquid production |
| Subject: | Engenharia metalúrgica Altos-fornos Metalurgia extrativa |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-AVQMM2 |
| Issue Date: | 30-May-2017 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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