Modelagem do fluxo multifásico em canal de alto-forno com foco na melhoria da eficiência de separação metal-escória.

Abstract

O canal de corrida é um equipamento importante no processo de fabricação em altos-fornos, promovendo a separação entre gusa líquido e escória após o vazamento. O canal de corrida é um importante equipamento dentro do processo, promovendo a separação metal-escória após o vazamento. Contudo, o padrão de fluxo no interior do canal de corrida é algo pouco estudado devido a sua complexidade. Devido à turbulência no canal durante o vazamento há perda de metal na escória bem como escória entranhada no gusa líquido. A perda de metal na escória é a situação mais crítica, pois afeta diretamente o rendimento metálico da operação. Segundo a literatura, essa perda pode chegar até 2,5% em massa. Analisou-se a influência de fatores geométricos como ângulo e diâmetro de furo de vazamento, vazão dos fluidos e a introdução de controladores de fluxo, sobre o padrão de escoamento dos fluidos, no canal de corrida, por meio de simulação física e numérica. Nas simulações físicas foram utilizadas técnicas de PIV (Particle Image Velocimetry), injeção de corantes com filmagens utilizando câmeras de alta definição, e injeção de traçador salino que geram curvas de distribuição de tempo de residência (DTR) para caracterizar o fluxo no canal. Estas técnicas validaram a modelagem matemática criada em fluidodinâmica computacional (CFX da Ansys®). Resultados de PIV e DTR mostraram boa concordância com o modelo matemático. Portanto, o modelo matemático é capaz de prever o comportamento do fluxo no canal de corrida e avaliar outros parâmetros como a eficiência de separação entre gusa e escória no canal de corrida. A grande emulsificação das fases (ar, escória e gusa) causada pela forte turbulência é o principal fator para perda de gusa no processo. Resultados sugerem que uma combinação entre taxas de vazamento e geometria interna do canal de alto-forno (introdução de controlador de fluxo ou mudança do design) permite otimizar o processo de separação metal/escória minimizando a perda de gusa e aumentando o rendimento metálico da operação. A nova geometria de fundo de canal sugerida por este trabalho poderia ser efetiva, gerando uma economia de US$266,83 por corrida vazada.