Modelagem do fator compensação "K" da equação de balanço de quantidade de movimento em banho metálico no LD
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Roberto Parreiras Tavares
Leandro Rocha Lemos
Leandro Rocha Lemos
Resumo
Através da equação de balanço de quantidade de movimento pode ser mensurada a
efetividade de um sopro de oxigênio, entretanto, nesta equação o fator de compensação
“K” é um importante termo que não tem sido alvo de evolução por estudiosos. O domínio
deste fator, e sua correta aplicação possibilita a redução dos tempos de processo e ganhos
de produtividade. O presente trabalho teve como principal objetivo estudar o fator de
compensação “K” da equação de balanço de quantidade de movimento em banho
metálico nos convertedores LD através da modelagem física. Foram realizados ensaios
em escala reduzida com relações de similaridade para caracterizar a interação do jato com
o banho metálico, aplicando as variáveis de processo que são consideradas primordiais
na etapa de sopro de oxigênio. Os resultados mostraram que a configuração que possuiu
menor número de bocais, maior vazão de ar e menor distância banho lança (DBL),
possuiu maior penetração. O aumento do número de bocais propiciou a redução na
penetração do jato, em decorrência do aumento do número de pontos de injeção mantendo
o diâmetro crítico do bocal. A influência positiva da vazão de ar das ventaneiras na
penetração do jato foi notada, desde que não ocorra colisão entre os jatos dos bocais da
lança com os jatos das ventaneiras. O modelo trifásico, onde foi considerada a camada de
óleo, apresentou menor penetração quando comparado o modelo bifásico, devido a
camada de óleo ser um elemento de resistência a ser vencido pelo jato de ar. Aplicando
as penetrações na nova equação desenvolvida, os valores de “K” foram obtidos, e
apresentaram pequenas variações quando comparados os modelos. Os valores de “K”
foram comparados com um estudo similar realizado por Maia (2016) e apresentaram
significativas diferenças. A equação desenvolvida no presente trabalho baseou-se no
método cubic depressure que gerou como resposta apenas uma raiz real, tornando o
método incapaz de calcular uma solução sem sentido físico, sendo esta uma importante
diferença entre as equações de outros autores analisadas.
Abstract
Through the momentum balance equation, the effectiveness of the blow in BOF reactors
can be estimated. However, there is a term in this equation that is not considered by all
scholars in this area, the compensation factor “K”. The complete domain of this factor
and their application correctly promote reductions in process times and productivity gains.
The present work aims at performing a study of the compensation factor "K" of the
momentum balance equation in the metallic bath in the LD converters, for this a physical
model test it was made. The similarity relations to characterize the metallic bath jet
interaction, applying process variables essentials in oxygen blow step it has been
considered. The results showed a configuration that has greater jet penetration has a
smaller number nozzle number, greater airflow and smaller DBL. The nozzle number
increase promoted the jet penetration decrease due to the increase of the injection point
number keeping the critical diameter of the nozzle. The good influence of the tuyeres
airflow in the jet penetration it was notice, as long as it does not occur jet collision
between airflow of the lance and airflow of the tuyeres. The three-phase model where the
oil layer was considered had smaller penetration compared to the two-phase model
because the oil layer is a resistance element to be overcome by the air jet. Applying the
penetrations got in three-phase and two-phase models in the newly developed equation,
the “K” value was determined and showed smaller variations when was compared to the
models. A comparison between “K” obtained in this study with that determined by MAIA
(2016) showed a significant difference. The new development of the equation has been
made through the cubic depressure method, who that enabled the evaluation of a single
real root as an answer. The application of the method developed in the present work will
lead to the reduction in the processing time and increase of productivity of BOF reactors.
Assunto
Engenharia metalúrgica, Metalurgia extrativa
Palavras-chave
Penetração de jato, Fator de compensação K, Modelo físico, Convertedor LD
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