Modelagem e simulação computacional da injeção de carvão pulverizado no canal adutor da “raceway” de altos-fornos

Resumo

O alto-forno é um reator de fluxo contra corrente e tem como principal objetivo a produção de gusa. A injeção de materiais particulados é feita via ventaneiras objetivando diminuir a quantidade de coque carregado via topo do alto-forno. Esta técnica abriu as opções de utilização de matérias-primas de menor valor agregado que o coque, insumo que no Brasil é produzido com misturas de carvões importados. Este trabalho propõe a simulação da injeção de carvão pulverizado utilizando um modelo matemático 3D, multifásico. Como fases consideramse uma fase gasosa e duas fases sólidas correspondendo a dois tipos de carvões pulverizados, com alto e baixo teor de voláteis respectivamente. Desta forma, as fases sólidas, quando consideradas simultaneamente na injeção, são representadas por diferentes campos de velocidade e temperatura, além de sua própria composição química. As taxas de cinética química das reações foram consideradas através de modelos clássicos da literatura e eventualmente tiveram suas constantes ajustadas para melhor representarem os carvões individualmente no processo industrial. A solução numérica foi obtida através de um código desenvolvido em Fortran 90/95, com base no método de volumes finitos utilizado na discretização do sistema de equações diferenciais não lineares. A malha utilizada é não ortogonal para melhor representar a geometria do equipamento experimental descrito na literatura e utilizado para validar o modelo e, posteriormente, a geometria das ventaneiras com diferentes pontos de injeção. Os resultados obtidos de temperatura e composição do gás apresentam uma boa concordância com os resultados experimentais. O modelo também se mostra eficiente para a previsão do efeito de diferentes tipos de carvão injetados via ventaneiras.

Palavras-chave: Alto-forno, redução, ventaneiras, injeção de carvão, modelagem matemática, simulação computacional.