Modelamento físico e simulação computacional da drenagem de um reator BOF.

Abstract

Com o aumento da importância da qualidade do aço, o procedimento de transferência de reator para reator na cadeia de refino ganhou grande visibilidade. Durante o processo de transferência do reator BOF (Basic Oxygen Furnance) ou entre panelas a formação de escoamentos do tipo vórtice e do tipo dreno provoca o arraste de escória que resulta em contaminação do aço e refinos posteriores são necessários para se atingir as exigências de qualidade, aumentando assim os custos de produção. Diante deste fato, encontram-se na literatura muitos estudos relacionados a dispositivos que inibem ou retardam o desenvolvimento dos escoamentos citados e métodos de previsão da altura de formação destes escoamentos, a maioria sobre drenagem de panelas. O objetivo do presente trabalho foi criar uma simulação computacional que descreva a drenagem de reator BOF em escala e sua validação através de comparação com resultados de modelamento físico em modelo de acrílico em escala 1:15. A simulação computacional foi conduzida no software CFX 19.1 (Ansys®), utilizando os softwares internos do Ansys para confeccionar a geometria, malha e setup. As simulações matemáticas foram realizadas em regime transiente e os experimentos de modelagem física foram realizados apenas em metade do modelo do reator BOF com basculamento para simular o processo de drenagem do reator. Foram conduzidos experimentos utilizando detecção de formação de vórtice via detecção visual, curva de drenagem por gravimetria e utilização de óleos para simular a influência de fluido sobrenadante. Obteve-se ao final uma simulação que descreveu, com boa correlação, os fenômenos físicos presentes no basculamento de um reator BOF para simulações bifásicas (água/ar) e trifásicas com a presença de querosene para simular a escória. Foi possível identificar com a metodologia visual e gravimétrica os tempos de início de arraste de segunda fase para todas as simulações físicas e computacional para testes sem óleo e com querosene. Observou-se por fim uma tendência ao aumento do tempo de início de dreno, ou seja, diminuição da altura do fenômeno, quando se aumentava a viscosidade da fase sobrenadante.