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http://hdl.handle.net/1843/MAPO-7QJPPA| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Modelo para previsão da condição térmica de panelas de aciaria |
| Authors: | Hilton Luis Pereira Lopes |
| First Advisor: | Roberto Parreiras Tavares |
| First Referee: | Luiz Fernando Andrade de Castro |
| Second Referee: | Varadarajan Seshadri |
| Abstract: | O controle da temperatura do aço líquido ao longo do processo de produção é de fundamental importância para se atingir os requisitos de qualidade e produtividade exigidos atualmente. Na aciaria da Gerdau Açominas, o controle da temperatura do aço líquido,desde o vazamento até sua solidificação nos lingotamentos, tem sido extensamente estudado.Devido aos longos tempos de lingotamento, falhas no controle de temperatura, freqüentemente, levam a interrupções no lingotamento, ocasionando perda de produtividade e rendimento.Neste trabalho foi proposto um modelo para previsão da condição térmica de panelas de aciaria, com o objetivo de se reduzir a dispersão das temperaturas aolongo de todo processo produtivo.O modelo é baseado em equações de transferência de calor para um sistema unidimensional transiente e foi resolvido utilizando-se o método de diferenças finitas com formulação explícita e abordagem do volume de controle.O modelo matemático foi calibrado, ajustando-se os resultados simulados com os valores experimentais obtidos através da medição e aquisição de temperaturas do revestimento refratário em panelas da aciaria da Gerdau Açominas.Constatou-se que na etapa de aquecimento de panelas novas ou fora do ciclo,a temperatura dos refratários próximos à face quente aumenta rapidamente durante as primeiras 6 horas de aquecimento. Quando o tempo de aquecimento é de 24 horas, a queda de temperatura do aço após o vazamento foi reduzida em aproximadamente 80 °C quando comparada com a queda de temperatura para um tempo de aquecimentode apenas 6 horas. O refratário da parede lateral atingiu um estado térmico estável após o 3° ciclo operacional, enquanto o fundo, devido à sua maior espessura, continuou a atingir valores mais altos de temperatura mesmo após o 4° ciclo de operação.Na avaliação do efeito do desgaste do refratário constatou-se que o mais desgastado e, portanto menos espesso, atingiu o estado térmico estável após o 2°ciclo operacional, porém com temperaturas mais baixas que aquelas encontradas para o revestimento original.Para longos tempos de panela vazia, o tempo de aquecimento intermediário é fundamental para reduzir a queda de temperatura do aço líquido após o vazamento.Porém, pode-se dizer que, com uma boa gestão das panelas em operação, de modo a reduzir os tempos sem aço, é possível eliminar a necessidade do aquecimento intermediário.A região mais afetada pelo tempo de espera para vazamento ficou compreendida entre a face quente e aproximadamente 35 mm desta. Quando o tempo de espera foi superior a 15 min, praticamente toda a energia armazenada na etapa deaquecimento intermediário foi perdida.Durante a etapa de aquecimento, a temperatura da carcaça da panela subiu mais rapidamente e atingiu um valor 45 °C mais alto quando a panela estava sem o revestimento isolante. Foi constatado também que o uso de materiais isolantesaumentou a quantidade de energia armazenada no revestimento.À medida que se aumentou o tempo de panela vazia, a temperatura dorevestimento decresceu em todas as suas camadas, atingindo um valor máximo de 388 °C quando o tempo de ciclo foi igual a 500 min e não se realizou aquecimento intermediário. Até 120 min de panela vazia, não houve variação significativa na temperatura da carcaça, que se manteve a aproximadamente 384 °C. A queda de temperatura do aço líquido foi de aproximadamente 26 °C a mais que a queda de temperatura do ciclo curto de 60 min. Quando o ciclo atingiu 200 min, a queda de temperatura do aço passou para 72 °C a mais se comparada com a do ciclo curto. |
| Abstract: | Temperature control during the whole steelmaking process has a greatimportance to achieve the quality and productivity requirements demanded nowadays.At Gerdau Açominas steelplant, the temperature control of liquid steel from tapping up to the solidification in the caster has been widely studied. Due to the long casting times, a lack of control of the steel temperature, frequently, causes interruptions in the casting process, leading to productivity and yield losses.In the present work, a model to predict the thermal condition of the steel ladles was proposed, in order to reduce the temperature variations during the steelmakingprocess.The model is based on differential heat transfer equations in a one-dimensional transient system and a explicit finite difference approach was chosen to resolve the equations. The mathematical model was calibrated adjusting the simulated results with the real data from in plant measurements at Gerdau Açominas. It was evidenced that during the heating process of a new ladle or ladle out of cycle, the temperature of the refractories close to the hot face increases quickly during the first 6 hours of heating. When the heating time is 24 hours, the temperature drop of the steel, after tapping, was reduced in approximately 80 °C, when compared with the temperature drop for a heating time of only 6 hours.The refractory on the sidewall reached a steady thermal state after 3operational cycles, while the refractory of the bottom of the ladle, due to the bigger thickness, continued to reach higher temperature values even after 4 operation cycles.The refractory with half of the original thickness achieve the steady thermal state after 2 operational cycles; however the temperatures reached were lower than those for the original hickness.For long cycle times, the intermediate heating time is important to reduce thetemperature drop of the liquid steel after tapping. However, it can be said that, with a good management of the ladles in operation, in order to reduce the times without steel,it is possible to eliminate the necessity of the intermediate heating.The more affected region by the waiting time for tapping was located between the hot face and approximately 35 mm of this. When the waiting time for tapping was more than 15 min, practically all the energy stored during the intermediate heating was lost.During the heating process, the temperature of the ladle shell increased more quickly and reached a value 45 °C higher, when the ladle was without the insulating material. It was also evidenced that the use of insulating materials increased the amount of energy stored in the refractory.As the empty ladle time increased, the refractory temperature decreased in all its layers, reaching a maximum value of 388 °C when the cycle time was equal to 500 min without intermediate heating. Up to 120 min of empty ladle, was not noticed a significant variation in the shell temperature, kept around 384 °C. The temperature drop of the liquid steel was of approximately 26 °C more than the temperature drop of the short cycle of 60 min. When the cycle reached 200 min, the temperature drop of the steel passed to 72 °C more if compared with the short cycle ladle |
| Subject: | Engenharia metalúrgica Engenharia de minas |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/MAPO-7QJPPA |
| Issue Date: | 6-Dec-2007 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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