2 Introduo da produo de ferro no Alto fornoO Alto forno o
processo mais usado para a produo do ao, onde fornece as matrias
primas para a indstria siderrgica. Os Alto fornos usam o minrio de
ferro, como matria prima para a produo do ao. O coque e o carvo
pulverizado so utilizados como agentes redutores e o cal e o
calcrio como agentes fundentes. O principal objetivo do alto forno
consiste na produo do ferro gusa de boa qualidade para processo
siderrgico BOS. Normalmente a especificao de produo de ao requer um
ferro gusa com: 0,3% 0,7% Si 0,2% - 0,4% Mn 0,06% - 0,13 PAs
temperaturas so entre 1480C 1520C.Os grandes alto fornos modernos
tem entre 14m e 15m de dimetro, altura de 35 metros e volume por
volta de 4500m. Um grande alto forno produz cerca de 10.000 m de
ferro gusa por dia.O minrio de ferro concentrado primeiramente
pelotizado ou sinterizado antes de ser colocado no alto forno, a
fim de proporcionar a permeabilidade suficiente para a alimentao do
forno. O coque metalrgico preparado na coqueria. Em seguida so
levados para a topo do forno o snter, as pelotas e algumas vezes o
coque mineral granular. O ar quente pr-aquecido injetado para
dentro do forno atravs das ventaneiras (bocais) e a combusto do
coque e/ou carvo mineral geram calor para a reduo de CO na calha do
alto forno. O gs redutor uma mistura de CO e N que sobem no forno
durante a troca de calor com isso h uma reao com os materiais que
descem do alto forno. O gs finalmente descarregado a partir do topo
do forno e recuperado como o principal combustvel para aquecer o
aquecedor de vento (ventaneiras), que so usados para pr-aquecer a
exploso. Durante esse processo, a razo de espessura das camadas dos
materiais que contem ferro, a partir do coque carregado do topo do
forno e da sua distribuio radial controlada de modo que a exploso
quente pode passar com a distribuio radial apropriada. Durante a
descida da carga no forno, os materiais que contm ferro so
reduzidos indiretamente pelo gs de monxido de carbono na zona de
baixa temperatura da que fica na parte superior do forno. Na parte
inferior, do forno o dixido de carbono produzido pela reduo do
minrio de ferro remanescente reduzido instantaneamente por coque
para o monxido de carbono que por sua vez reduz o xido de ferro
atravs da reao de Boudouard. A sequncia total pode ser considerada
como a reduo direto do minrio de ferro em carbono slido na zona de
alta temperatura que fica na parte inferior do forno. O ferro
reduzido simultaneamente derretido, gotejado e recolhido como ferro
gusa no cadinho. O ferro gusa e escria fundida so ento
descarregados em intervalos fixos (geralmente 2-5 horas), abrindo o
furo de corrida. Um forno de alta produtividade quase continuamente
medida que cada molde de fundio dura tipicamente durante cerca de 3
horas. O ferro gusa ento transportado para a aciaria ao BOS em
carros-torpedo, e pr-tratados com dessulfurao e desfosforao algumas
vezes antes de ser carregado aos conversores de oxignio o BOS.3
Objetivo da SimulaoEssa simulao tem como objetivo selecionar as
matrias primas (minrios, combustveis e fluxos) para o alto forno. E
dar uma relao de carga adequada das matrias primas para obter o
ferro gusa de destino e em seguida avaliar o balano de massa, calor
e outros ndices de processo. Tambm esperado a diminuio do custo do
ferro gusa.Na simulao, voc pode produzir dois tipos de ferro-gusa;
ou ferro-gusa de fundio ou ferro-gusa para a produo do ao3.1 Ferro
Gusa para a fundio.Destinado a fundio, o teor de Si geralmente
elevada, a partir de 1,25% para 3,6%, e o teor de C maior do que
3,3%. O alto teor de Si requer uma alta temperatura de operao do
alto-forno, por isso, o preo do ferro-gusa de fundio geralmente
maior do que ferro-gusa em ao.3.2 Ferro gusa para ao.Este produto
produzido para o processo de refinao de ao, por exemplo, o processo
de BOS para produzir diferentes tipos de ao. O teor de Si menor do
que no ferro gusa de fundio, variando de 0,45% a 1,25%, enquanto o
teor de C ultrapassa 3,5% at 5%.4. Interface das simulaesA simulao
oferece quatro interfaces de entrada de dados sobre a produo do
alto-forno.Condies:1. Composio da matria-prima2. Ambientes de
produo3. Taxas de carregamento4. Parmetros do ambiente de
produoQuando estes foram revistos e corrigidos com sucesso, uma
marca verde aparecer ao lado do rtulo. Isto significa que seguro
para seguir em frente e avaliar a posio seguinte. Depois de
completar as seis configuraes de dilogos, os resultados podem ser
revistos, clicando no carro torpedo.4.1 Composio da matria-prima
necessrio avaliar a entrada para a composio de todas as
matrias-primas que so utilizadas na simulao. As matrias-primas
incluem trs categorias: minrios, combustveis e fluxos.
Clique em qualquer um dos trs cones de matrias-primas para
trazer uma seleo de camas disponveis matrias-primas. Clique em
qualquer uma destas camas para rever e ajustar os dados de composio
de materiais disponveis nesse grupo material. Para poder continuar,
voc vai precisar para assegurar que todas as composies em um
material esto perto de 100%, por isso certifique-se de verificar
cada um dos leitos de materiais em um grupo de matrias-primas antes
de continuar. A faixa aceitvel para a composio total de 98-102%.Se
um minrio especial, no deve ser usado, basta definir esta cama de
matria-prima para 'vazio'. A cama que est definido para esvaziar no
afetar os clculos para se sentir livre para experimentar usando
muitos ou apenas algumas matrias-primass4.1.1 MinriosMinrios
aglomeradosDois tipos de sinterizao e de dois tipos de pelotas
podem ser selecionados. Estes so produzidos por sinterizao ou
durante o processo de pelotizao que um fluxo de base (limonita ou
dolomita) foi adicionado para os minrios de obter um produto de
alta basicidade.
Minrios GranularesPodem ser escolhidos trs tipos de mineral
granulares. Geralmente, estes minerais originais so cidos minerais
e o teor de ferro superior a 50%, que pode ser carregado
diretamente para o forno. Com uma relao de minrios artificiais e
minrios originais o carregamento adequado ao alto-forno pode
ocorrer mais suavemente e podem alcanar maior eficincia.
Minrio de MangansPara a produo de mangans ou de ferro fundido,
ferro gusa de fundio que contm uma certa quantidade de mangans. Mn
minrio descrito como na simulao.Minrio Ilmenita (V2Ti3O9)Para
proteger a parte inferior e a parede do forno, por vezes, de
ilmenite carregado (no alto-forno). descrito como V-Ti mineral na
simulao.4.1.2 CombustveisPara a produo de um alto-forno, coque e de
carvo pulverizado so os combustveis comuns. Para reduzir o custo,
uma pequena proporo de pequena coque ou carvo fixo adicionado ao
forno dentro da carga. O carvo pulverizado, normalmente injetado no
alto-forno de ventaneiras e, normalmente chamado PCI (Injeo de
carvo pulverizado). Uma vez que o preo do coque extremamente alto,
voc precisa pensar sobre o seu corte de custos atravs da reduo da
taxa do alto-forno de coque. Para fazer isso, voc pode aumentar a
sua taxa PCI e melhorar a temperatura da exploso quente, mas no se
pode reduzir a taxa de coque mais baixo do que o seu nvel mnimo.
Existem trs tipos de coque para a seleo, Por favor, note que a
composio total do cinza tambm deve ser de 100%.4.1.3 FluxosExistem
quatro tipos de fluxos disponveis. Entre eles, o calcrio (CaO) e
dolomita (MgO) so bsicos; silicato (SiO2) o cido, enquanto de
fluorite (CaF2) pode melhorar muito a fluidez da escria. Na
simulao, voc deve decidir quais os tipos de fluxos que voc precisa
de acordo com a sua basicidade da escria alvo e minrios de ferro
que voc selecionou.
4.2 Ambientes de ProduoDepois de definir as composies de
matria-prima o prximo passo considerar as configuraes de produo.
Para alterar essas configuraes, clique na casa. As sees seguintes
descrevem cada um dos ambientes de produo.
Para garantir um modelo de trabalho, cada uma das configuraes na
simulao tem uma gama de validade. Para as configuraes de produes,
as seguintes limitaes se aplicam:
4.2.1 Volume de trabalho do Alto FornoNesta simulao, o tamanho
do alto-forno descrito pelo seu volume de funcionamento. E alguns
dos ndices de produo so tambm avaliados de acordo com o tamanho do
alto-forno, por exemplo, a taxa de coque, o coeficiente de utilizao
do forno, etc. O coeficiente de utilizao do forno um ndice muito
importante, definidos como se segue:
Wiron: a produo de ferro de alto-forno por dia, tonelada /
d;VBF: o volume de trabalho de alto-forno, m.Assim, o coeficiente
de utilizao a sada de ferro por dia por de alto-forno.De acordo com
as condies de produo, este ndice avaliada com o calor e os
resultados dos balanos de massa.4.2.2 Alvo de contedoPara ao
ferro-gusa, o contedo varia Si 0,45-1,25%. Geralmente, a mdia de
dados de cerca de 0,7%. Para ferro-gusa de fundio, o teor de Si
1,25-3,6%.4.2.3 Carga de VelocidadeUma vez que as matrias-primas
(incluindo o minrio, o coque e fluxo) so carregados no forno de
lote, a velocidade de carregamento definida como o nmero de lotes
carregados a cada hora. Normalmente, este valor varia de 6 a 10, em
operao normal. Este valor tambm pode ser utilizado para recalcular
a proporo de injeo do PCI (taxa de carvo). Taxa de injeo de carvo
introduzido como kg / lote, mas, por vezes, podem ser encontrados
na literatura, em kg / hora. Para converter entre kg / lote para kg
/ hora, a seguinte frmula deve ser usado:
4.2.4 Tipos dos clculos de cargaExistem quatro opes diferentes
para a realizao de clculos de carga com base nas opes selecionadas.
A opo mais fcil pesos fixos", onde pesos de todas as matrias-primas
utilizadas so de tipos diferentes de entrada diretamente a fim de
obter as condies de operao do forno corretas. Neste caso, a
quantidade de minrios, fundentes e combustveis precisam ser
inseridos usando o dilogo 'cobrando taxas' que fica acessvel
clicando na rampa de salto. Quando todos os dados de entrado
necessrios forem inseridos, por favor, verifique a tela de
resultados para se certificar de que as propriedades de escria esto
na faixa adequada. O clculo de carga baseia-se no elemento de
equilbrio. Por exemplo, o balano de equilbrio de CaO e SiO2. Para
garantir um bom funcionamento do alto-forno e de boa qualidade de
ferro, uma escria adequado est previsto para a operao. A
propriedade de escria tambm muito importante para estender a
campanha de alto-forno. A proporo de xido de xido de cido e de base
em escria, um parmetro muito importante para a escria, normalmente
definida como R (escria de basicidade) e existe em vrias
formas:
R2 = CaO / SiO2R3 = (CaO + MgO) / SiO2 (Alto teor de MgO)R4 =
(CaO + MgO) / (SiO2 + Al2O3) (altos teores de MgO e Al2O3)
Geralmente, uma escria com propriedades adequadas de produo dada
na tabela seguinte.
* Viscosidade de CaO-SiO2-Al2O3-MgO a 1500 C.Na simulao, a
basicidade da escria pode ser um valor fixo, ou pode ser calculado.
Ao escolher a utilizar um valor calculado, basicidade da escria
determinada por meio de dados de carga de matrias-primas no forno.
Neste caso, a basicidade o alvo editvel.
4.2.5 Fixo basicidade EscriaPara ser capaz de escolher
basicidade da escria alvo, favor selecionar uma das opes com pesos
variveis e, em seguida, a entrada alvo basicidade. Quando uma
destas opes ativada, o peso da matria-prima varivel(s) ser
calculado de forma dinmica para que a basicidade seja atingido. As
propores de matrias-primas (incluindo minrios de ferro e fluxos) so
ento calculados por tonelada mtrica de ferro gusa, visando a
basicidade da escria alvo, uma escria adequada com o devido ponto
de fuso, viscosidade e com o menor custo possvel de matrias-primas.
Usando um clculo dinmico de carga de matrias-primas adies requer a
utilizao de uma ou duas variveis em minrios ou fluxos. Isso
significa que o valor cobrado no alto-forno desconhecido, mas para
obter uma composio de escria adequada, voc precisa dar a basicidade
da escria alvo. Exceto para as duas quantidades variveis, os demais
minrios e fluxos ainda sero calculados, usando a caixa de dilogo
das taxas de carregamento". O mesmo dilogo neste caso usado para
escolher quais os materiais que tero seus valores calculados
dinamicamente. Quando este modelo de clculo usado, no uma escolha
entre trs diferentes mtodos para calcular necessrias adies de
matrias-primas: 2 variveis de minrio 1 fluxo varivel 2 variveis de
fluxoAo usar a primeira opo, duas adies de minrio so calculados
dinamicamente. A segunda e terceira opo calcula um ou dois alm do
fluxo equivale dinamicamente.
4.3 Taxas de carregamentoO dilogo taxas de carregamento usado
para introduzir os pesos de todas as matrias-primas que devem ser
usados para carregar o alto-forno. No caso de clculos de carga
'pesos fixo", voc s precisar de pesos de entrada de todos os
materiais que so usados. Mas, quando os clculos das cargas dinmicas
so escolhidos, os campos adicionais aparecero e precisaro ser
preenchidos. Em adio aos pesos normais, peso total minrio ou peso
total do fluxo" deve tambm ser introduzido. Na Figura 5 que o
usurio tenha escolhido clculos dinmicos usando dois pesos minrio de
variveis. Se "Sinter 2 e minrio granular 2 so para ser utilizadas
como pesos variveis, as respectivas caixas lado dos rtulos deve ser
clicado uma vez. Depois que o "peso total de minrio" deve ser de
entrada, levando-se em considerao que os pesos fixos de 'Sinter 1'
e minrio granulado 1 esto includos nas toneladas para.
4.4 Configuraes de ambiente de produoEste dilogo acessado
clicando sobre o corpo de alto-forno. As configuraes que podem ser
alteradas aqui incluem temperaturas, adies de gs, propriedades de
altos-fornos e qual o tipo de modelo de perda de calor que
utilizado no clculo do balano de massa e de calor.
A faixa vlida para estes parmetros so os seguintes:
4.4.2 Propriedades do Ar quenteTemperatura quente exploso medida
do lado de fora do corpo do alto forno. associado queda de
temperatura a diferena entre o ponto de medio, e o tubo de sopro
antes de as ventaneiras.
4.4.3 Adio de gsOxignio enriquecido: Nas operaes de alto-forno,
o enriquecimento de oxignio significa que o aumento de oxignio (%)
na exploso quente. Portanto, a quantidade de oxignio adicionada
exploso quente calculada pela frmula:
C-CH4-ratio: A porcentagem de C que reage com H2 para a produo
de CH4 chamado de C-CH4-ratio (relao). O valor padro de carbono de
1%, no alto-forno.
4.4.4 Modelo de Perda de CalorMedir a perda de calor de um
alto-forno muito complicado. Portanto, para realizar a avaliao do
balano de calor, esta simulao oferece dois modos diferentes para
estimar a perda de calor:Modelo livre a perda de calorNeste mtodo,
a perda de calor calculada como a diferena entre o calor de entrada
e sada. A fim de avaliar a utilizao de energia, a percentagem de
perda de calor tem de estar dentro de um intervalo razovel, por
exemplo, entre 5 e 7%. Caso contrrio, os parmetros de clculo
precisaro ser alterados.Modelo fixo a perda de calorUsando este
mtodo significa que a perda de calor fixa para um valor assumido,
por exemplo, 7% do calor que chega. A fim de equilibrar o calor de
entrada e sada, o peso das matrias-primas ou outros parmetros de
operao precisa de ser ajustada para minimizar o erro de calor.5.
Relacionamentos SubjacentesEsta seo apresenta algumas relaes
cientficas subjacentes que esto includas na simulao. As diferentes
sees incluem informaes importantes sobre reas onde h interao
necessria, mas o conhecimento sobre essas relaes so considerados
importantes para ser capaz de completar com sucesso a simulao.5.1
Perca de matria-prima durante o carregamentoMinrios, coque e fluxo
geralmente perdem um pouco do peso original durante a carga devido
emisso de poeira e perda mecnica. Portanto, necessrio compensar
para o material perdido e prever a quantidade de matria-prima
adicional. Os ndices de perda utilizadas na simulao so os
seguintes:
Portanto, o peso carregado para o alto forno calculado pela
frmula:
5.2 Teor Livre de gua nas matrias-primas
Juntamente com, por exemplo, minrio granulado, coque e
fundentes, umidade (gua livre) ser cobrada no alto-forno. A umidade
vai evaporar antes de qualquer reao ocorre. Por conseguinte, o peso
de todas as matrias-primas no clculo refere-se ao peso seco (o peso
total menos o peso da gua livre). A gua livre adicionada ao sistema
de fornalha deste modo ir afetar o equilbrio de energia de uma
forma prejudicial. Alm disso, a quantidade de matria-prima precisa
ser compensada pelo contedo de gua livre para obter o peso seco
correto do material adicionado.
5.3 Fatores dos Elementos de distribuio
Os seguintes fatores de distribuio de elementos entre o metal
quente e escria so utilizadas na simulao:
6. Massa e avaliao do equilbrio trmico
O calor e o equilbrio de massa de avaliao um processo de clculo
muito importante para o alto forno. Via avaliao do equilbrio,
possvel analisar o desempenho da produo do alto-forno.
6.1 Balano de Massa
O balano de massa feito comparando a quantidade de materiais da
entrada e da sada. Por exemplo, volume do jato de ar, o peso do
carvo injetado, o peso do minrio de ferro etc. Uma vez realizada,
ento usada como base para um equilbrio trmico. O estabelecimento de
um balano de massa exata sempre o primeiro passo crucial para
garantir a validade do equilbrio energtico.
O balano de massa geralmente feito de duas maneiras
diferentes.
6.1.1 Alto forno produo
A composio do gs de topo pode ser analisada por amostra de gs e,
portanto, o grau de reduo direta de ferro (Rd) calculado por estes
dados. O objetivo do balano de massa nesse aspecto calcular exploso
e volume de gs e verificar o peso das matrias-primas durante a
produo. Deve ser tomado cuidado para quantificar com preciso o peso
dos materiais, caso contrrio, haver um erro significativo no
equilbrio de calor.
6.1.2 Alto forno desing
Aqui, o grau de reduo direta de ferro (Rd) assumido de acordo
com as propriedades do minrio, as condies de operao e as
experincias. O valor de Rd tem uma grande influncia sobre o balano
de massa e equilbrio trmico. As composies do gs de topo so tambm
calculadas por esta referncia. Ambos os mtodos utilizam um princpio
semelhante de clculo do balano de massas. Nesta simulao, a segunda
maneira adotada, ou seja, o valor de Rd definido pelo usurio dentro
de uma faixa adequada.
O clculo do balano de massa (por tonelada mtrica de ferro
fundido) preocupaes:
* Volume de exploso calculado com base no teor de oxignio em
exploso e o peso do carvo queimado na zona de combusto, e em
seguida, com uma densidade de exploso, o peso de exploso obtida. O
erro de massa entre entrada e sada calculado por:
O valor de Emass deve ser inferior a 2%, na prtica.6.2 Balano de
CalorO balano de calor utilizado para avaliar a utilizao de energia
no forno, e na base da avaliao, para reduzir os custos e obter uma
elevada utilizao de energia.
O erro de calor entre entrada e sada determinada por:
O valor da perda de calor deve ser mantido numa gama adequada
para o bom funcionamento do forno. Para diferentes altos-fornos ou
mesmo alto-forno produzindo diferentes graus de ferro, este valor
varia. Geralmente, a massa deve estar no intervalo de 3-8% para a
produo de ao e ferro de 6-10% para a produo de ferro gusa. O valor
da perda de calor pode tambm ser utilizada para identificar se a
taxa de coque ou a taxa de combustvel est numa gama adequada. A
perda de calor de alta significa que a taxa de coque ou a taxa de
combustvel excede o que necessrio, ou vice-versa que o forno
precisa de mais coque ou combustveis. A entalpia de escria
calculada pela escria composio e sua capacidade de calor dentro de
um sistema ternrio de CS, S e C2AS C2. Alguns dados de capacidade
de calor utilizados nos clculos de equilbrio de calor esto listados
abaixo.
7 Avaliao da Eficincia de OperaoQuando o balano de massa e calor
terminar, a eficincia energtica de alto-forno pode ser avaliada por
alguns ndices, como por exemplo, o coeficiente de energia disponvel
e coeficiente de utilizao de energia de carbono utilizao.7.1
Coeficiente de Aproveitamento de Energia DisponvelO coeficiente de
utilizao da energia disponvel (Kt) refere-se relao entre a sada de
calor menos calor feita pelo topo do gs e a perda de calor na
entrada de calor total. calculado da seguinte forma:
Um valor mais alto de Kt indica uma melhor utilizao da energia.
Geralmente no intervalo de 75% a 85%, mas para alguns altos fornos,
pode ser to alta quanto 90%.7.2 Coeficiente de Aproveitamento de
Energia de CarbonoCoeficiente de utilizao da energia de carbono
(Kc) a relao entre o calor liberado pela oxidao do carbono, em que
o CO e o CO2 so produzidos, e calor emitido quando o carbono est
completamente oxidada a CO2. Pode ser expresso como:
Normalmente, Kc varia entre 48% a 56%, mas em alguns casos
raros, pode chegar a 60%.
7.3 Avaliao da Eficincia de ProduoPara comparar e avaliar a
eficincia de produo de diferentes fornos e os seus custos, alguns
parmetros teis so utilizados na indstria do ao, como o coeficiente
de volume de utilizao, a taxa de coque, PCI, temperatura exploso,
bem como o coeficiente de utilizao de energia disponvel e de
carbono energia (Kt, Kc), como descrito acima. Nesta simulao, estes
parmetros so avaliados e classificados em trs nveis: normal, bom e
muito bom de acordo com os ndices publicados por alguns produtores
de ao.
7.4 Resumo dos ResultadosTendo completado todos os dilogos de
entrada necessrios, o carro torpedo ser ativado. Isso indica que,
ao clicar nele vai abrir a tela de resultados para a simulao. Cada
vez que o carro de torpedo clicado, os resultados so calculados uma
vez. Isto assegura que todas as mudanas que tenham sido feitas so
includas nos resultados.
Na caixa de dilogo que aparece voc ser capaz de analisar a forma
como o forno opera com as condies definidas atualmente. A Figura 7
mostra um exemplo de como o feedback pode ser semelhante, numa
tentativa mal sucedida. Qualquer item no gabarito que est em
vermelho requer ateno. Neste exemplo, as taxas de combustvel so
muito baixas. Isto significa que, para obter uma tentativa bem
sucedida, tanto a taxa de coque e a taxa de carvo deve ser
aumentado de modo a que estes se encontram dentro dos limites
indicados na Tabela 4. Quando isso tiver sido corrigido, deve ser
dada ateno para as composies de minrio de ferro desde que o teor de
Fe total muito baixo. Mais uma vez, diretrizes para um teor de Fe
aceitvel pode ser encontrada na Tabela 4. Aps estes ltimos dois
itens foram corrigidos, os resultados podem ser gerados de novo
premindo o carro de torpedo mais uma vez.
Agora, quando todo o feedback positivo, voc tiver terminado com
sucesso a simulao. Neste ponto composies ponto e saldo de calor e
massa podem ser revistos. Note-se que ainda possvel continuar a
refinar as entradas para melhorar ainda mais os resultados.