Avaliação do tempo e da velocidade de partícula em simulador de PCI

Abstract

A injeção de finos de carvão em altos-fornos é uma tecnologia essencial na siderurgia moderna, visando reduzir custos e emissões de CO2. A complexidade das condições nos altos fornos instigou cientistas e empresas ao redor do mundo ao desenvolvimento de reatores simuladores que sejam capazes de simular regiões de interesse no alto-forno, uma dessas região é a zona de combustão. Assim como outros centros de pesquisa e empresas, o Laboratório de Siderurgia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LaSid – UFRGS) realizou a montagem de um simulador capaz de simular as condições similares a da zona de combustão, permitindo estudos em condições semelhantes às encontradas nos altos-fornos. Após trabalhos realizados para aprimorar as técnicas de aquisições de dados e de operação do simulado do LaSid, um novo estudo foi desenvolvido com o objetivo de verificar o comportamento de partículas na zona de combustão do simulador, utilizando, no lugar do forno resistivo, um tubo de acrílico para que fosse possível gravar a passagem das partículas ao longo desta região do simulador. Com o auxílio de uma câmera de alta velocidade e técnicas de análise de velocimetria de partículas os dados foram gerados. Para mensurar a velocidade das partículas, foi adotada uma versão simplificada da técnica de Velocimetria de Traçar Partícula, PTV. Com o auxílio de um software, foi possível traçar o percurso das partículas ao longo da região de interesse, com a geração dados de posição, tempo e velocidade de partícula. Desta forma, foi possível verificar se os valores encontrados no presente trabalho estão compatíveis aos encontrados na zona de combustão de altos-fornos. Ainda se observou que o tamanho de partícula não gerou uma grande diferença na velocidade média região central do reator P3. Bem como, quanto maior o tempo de abertura da válvula do ‘porta amostra’, menor é a velocidade média das partículas, com exceção, da partícula de tamanho 1-1,4mm. Além disso, para uma diferença de pressão de 3 bar, as partículas são mais sensíveis ao tempo de abertura da válvula em relação a uma diferença de pressão de 1 ba.

The injection of coal fines into blast furnaces is an essential technology in modern steelmaking, aiming to reduce costs and CO2 emissions. The complexity of conditions in blast furnaces has encouraged scientists and companies around the world to develop simulator reactors that are capable of simulating regions of interest in the blast furnace, one of which is the combustion zone. Like other research centers and companies, the Steel Laboratory of the Federal University of Rio Grande do Sul (LaSid – UFRGS) assembled a simulator capable of simulating conditions similar to those of the combustion zone, allowing studies in conditions similar to those found in blast furnaces. After work carried out to improve data acquisition techniques and operation of the LaSid simulator, a new study was developed with the objective of verifying the behavior of particles in the combustion zone of the simulator, using, instead of the resistive furnace, a tube of acrylic so that it was possible to record the passage of particles along this region of the simulator. With the aid of a high-speed camera and particle velocimetry analysis techniques, data was generated. To measure particle speed, a simplified version of the Particle Tracing Velocimetry, PTV, technique was adopted. With the aid of a high-speed camera and particle velocimetry analysis techniques, data was generated. To measure particle speed, a simplified version of the Particle Tracing Velocimetry, PTV, technique was adopted. With the help of software, it was possible to trace the path of the particles along the region of interest, generating position, time and particle speed data. In this way, it was possible to verify whether the values found in the present work are compatible with those found in the combustion zone of blast furnaces. It was also observed that the particle size did not generate a large difference in the average speed in the central region of the P3 reactor. Also, the longer the 'sample holder' valve opening time, the lower the average speed of the particles, with the exception of particles of size 1-1.4mm. Furthermore, for a pressure difference of 3 bar, the particles are more sensitive to the valve opening time compared to a pressure difference of 1 bar.