Modelo de simulação em tempo real de um forno de reaquecimento de tarugos para laminação

Resumo

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um modelo matemático computacional capaz de simular o processo de aquecimento de tarugos de aço no interior de um forno de reaquecimento para laminação. A metodologia proposta simula o processo de combustão, calculando as energias de entrada, de saída e as perdas inerentes ao processo. O algoritmo computacional de simulação do forno permite ao usuário a reprodução do processo de combustão a partir das vazões medidas dos reagentes na entrada e de suas respectivas composições e, a partir de então, é calculada a composição dos produtos através de um modelo de combustão completa para misturas pobres e de combustão incompleta, a uma equação de equilíbrio químico, para misturas ricas. A temperatura de desenfornamento dos tarugos é calculada por meio da determinação do coeficiente de transferência de calor entre o ambiente do forno e os tarugos utilizando, para isso, o princípio da convecção forçada escoamento turbulento sobre uma placa isotérmica. A energia do ar e do Gás de Alto Forno (GAF) recuperada após a passagem pelos recuperadores de calor é calculada através de modelos de regressão desenvolvidos
empiricamente e os rendimentos de tais recuperadores são determinados pelo método da efetividade de NUT (Número de Unidades de Transferência). As perdas pela água de refrigeração e pelas paredes externas do forno são determinadas através de modelos simplificados e as outras perdas foram calculadas seguindo um modelo de regressão empírico no qual foram utilizados dados medidos no processo. Para solucionar a equação da conservação
da energia no processo, foi adotado o método de busca de raízes de Newton-Raphson. A simulação permite calcular: o balanço térmico instantâneo do processo, a eficiência do forno e dos recuperadores de calor, a composição química da mistura dos reagentes e dos produtos da combustão; o excesso de ar utilizado na reação; a temperatura dos reagentes e dos produtos da combustão após a passagem pelos recuperadores de calor; de desenfornamento
dos tarugos, dentre outras variáveis importantes para o gerenciamento do processo. O modelo desenvolvido mostrou-se uma ferramenta eficiente para um gerenciamento mais refinado do processo em tempo real.