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

Abstract

Neste 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.