Modelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.

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dc.contributor.advisorSilva, Carlos Antônio dapt_BR
dc.contributor.authorSilva, Antonio Marlon Barros
dc.contributor.refereeSilva, Carlos Antônio dapt_BR
dc.contributor.refereeGameiro, Danton Helenopt_BR
dc.contributor.refereeSilva, Guilherme Liziero Ruggio dapt_BR
dc.contributor.refereePeixoto, Johne Jesus Molpt_BR
dc.contributor.refereeLemos, Leandro Rochapt_BR
dc.date.accessioned2023-03-14T17:19:44Z
dc.date.available2023-03-14T17:19:44Z
dc.date.issued2022pt_BR
dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.pt_BR
dc.description.abstractNeste 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.pt_BR
dc.description.abstractenMathematical and physical modeling were carried out in order to analyze the effects of RH down leg length reduction to promote slag entrainment due to steel jet-slag friction, so the metal can be further refined (desulphurization, de-S). According to this new arrangement (RHDeS), the down leg end is positioned at slag-metal interface or above it. Physical modeling as well as numerical modeling (by using the software Ansys®-CFX) showed that circulation rate, mixing times and overall circulation pattern are not very much affected by the modifications. Therefore, this modification on RH does not compromise the main RH functions. However, this modification brings about a large and sustainable dispersion of slag (oil) in metal (water, or saline solution), especially when the down leg end is positioned above the slag-steel interface. The larger the gas flow, the larger the liquid circulation rate, the smaller the mixing time and the more significant the dispersion (small and more entrained droplets with larger residence time), which is beneficial to reactions rates. Moreover, as the specific slag amount increases, desulfurization kinetics and degree increase too. Other important parameter is density difference, as it is increased it was observed that the refining phase dispersion is still intense, but it is concentrated nearby the down leg flow. A specific set of experiments was performed in a simplified scaled down model, which operates in similar manner as RHDeS. This makes possible the evaluation of the total interfacial area of dispersed droplets as a function of modified Weber number (We*). From this relationship, a mathematical model was developed and validated with mass transfer tests performed in the physical model, allowing the prediction of desulfurization in industrial plant. This modification on RH reactor can be fruitful for Ultra- Low Sulphur steel production, [S] < 10 ppm, even for high initial sulfur concentration (200 ppm). Taking in account a slag ratio ranging from 20 to 40 kg/t and a high value of sulfur partition coefficient (LS ~1000) it is expected less than 10 min. to achieve de-S degree higher than 90%. If LS value is around 300, de-S could reach 80-90%. These results show that in RHDeS arrangement the de-S is expected to be higher than with schemes where desulfurizing agents are added in the vacuum chamber (~10-60%).pt_BR
dc.identifier.citationSILVA, 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.pt_BR
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/16351
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.rightsabertopt_BR
dc.rights.licenseAutorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 07/03/2023 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.pt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectAço - dessulfuraçãopt_BR
dc.subjectEquipamentos industriais - desgaseificador - RHpt_BR
dc.subjectProcessos de fabricação - refino secundáriopt_BR
dc.subjectAço - escória - metalurgia - emulsificaçãopt_BR
dc.titleModelagem física e matemática da emulsificação aço-escória para fins de refino em um desgaseificador RH modificado.pt_BR
dc.typeTesept_BR
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