Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
https://tecnologiammm.com.br/article/doi/10.4322/tmm.00303004
Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
Artigo Original

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DA CUBA DO FORNO DE AUTO‑REDUÇÃO UTILIZANDO CARVÃO GRANULADO ATRAVÉS DO MODELO MULTIFASICO

INVESTIGATION OF THE BEHAVIOR OF THE SHAFT FURNACE FOR SELF‑REDUCING PROCESS USING THE MULTIPHASE MODEL

Castro, José Adilson de; Paco, Lesly Jeaneth M.; D'Abreu, José Carlos

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Resumo

A demanda por DRI continua crescente devido à escassez de sucata de alta qualidade para a produção de aço via forno elétrico. Neste contexto, o forno de cuba baseado em processo de auto-redução torna-se uma alternativa para suprir a demanda de metálicos permitindo a reciclagem de rejeitos de finos de indústrias siderúrgicas, metalúrgicas em geral e de mineração. Posto que os aglomerados são usualmente produzidos a partir de uma mistura de finos de minério de ferro ou resíduos e um agente carbonoso, a característica marcante aqui é o "ambiente interno dos aglomerados", que resulta em elevadas taxas de redução (extração do oxigênio do minério) graças às condições cinéticas daí resultantes. O presente trabalho objetiva o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de simular as condições ótimas de operação de um forno de cuba operando com briquetes auto-redutores, carvão granulado e injeção secundaria de gás. A técnica para modelar o sistema de duas fases é a de volumes finitos onde se resolve as equações de transporte de momentum, energia e espécies químicas. Resultados de simulação indicaram que aproximadamente 70% de grau de metalização podem ser obtidos neste processo ao passo que o carvão granulado sofre a devolatilização por completo. A produtividade do processo obtida foi de 35 t/m3/dia com volume de gás de topo de aproximadamente 2840 Nm3/tDRI.

Palavras-chave

Aglomerados, Auto-redução, Modelamento matemático, Forno de cuba

Abstract

DRI demand continues increasing due to shortage of high quality scrap iron for the steel production through electric arc furnace. In this context, the shaft furnace based on self-reducing process becomes an alternative route to supply the demand of metallic. It is possible to recycle the fines of iron and steelmaking industries since the self‑reducing agglomerate are mixtures of fine ore/residues and reducing agent. The principal characteristic is the "internal environment of the agglomerate", this results in high rates of reduction (extraction of the oxygen from the ore) due to the kinetic conditions. The present paper aims to develop a mathematical model capable of simulating the operating conditions of the shaft furnace with self-reducing agglomerate, lump coal and secondary gas injection. The model used the technique of finite volume to solve the transport equations of momentum, energy and chemical species of both, solid and gas phases considered in this model. The main finds of this paper are: a) the self-reducing furnace can operates with a mixture of self‑reducing briquettes and anthracite; b) the productivity of the process can achieve 35.5 t/m3/day; and c) the process produces outlet gas with high calorific value.

Keywords

Self-reducing agglomerates, Mathematical modeling, Shaft furnace

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