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.