Economia de energia em fornos de reaquecimento utilizados na indústria siderúrgica

Abstract

Na indústria siderúrgica, os fornos de reaquecimento são grandes consumidores de energia e se estima que utilizam o 67% do consumo total. No presente trabalho estuda-se o forno de reaquecimento de uma indústria siderúrgica que utiliza a mistura de gases proveniente da coqueria (COG), altos-fornos (BFG) e aciaria (LDG); sendo sua atividade principal a produção de laminados de aço. Para lidar com o consumo de energia, neste trabalho desenvolve-se dois métodos. O primeiro para estimar as perdas de calor no forno, e o segundo para recuperar o calor e utiliza-o no pré-aquecimento da carga, pré-aquecimento do ar da combustão e o controle da temperatura da chama adiabática através do enriquecimento com oxigênio. Essas avaliações têm o objetivo de determinar a melhor seleção do material para o isolamento do forno, aumentar as taxas de transferência de calor, obter uma economia no consumo do combustível, melhorar os indicadores de energia técnicos de produção e geração de calor, aumentar a temperatura da chama e a concentração de oxigênio no ar, assim como melhorar a eficiência do forno e o processo de combustão. Finalmente apresenta-se uma análise estatística para o desenvolvimento de um modelo matemático da temperatura da chama adiabática dos gases mistos COG/LDG e COG/BFG. A modelagem matemática é baseada na ferramenta de experimentos fatoriais 2^3. Através do modelo, procura-se apresentar uma distribuição da temperatura da chama, assim como permitir, a tomada de decisões no menor tempo possível para o benefício da indústria. Evidencia-se que ao desenvolver o presente estudo no forno de reaquecimento, obteve-se uma economia no consumo de combustível da mistura COG/LDG de 6606 m3/h e 4627 m3/h para o pré-aquecimento da carga e pré-aquecimento do ar, respectivamente. Da mesma forma, obteve-se um aumento da eficiência do forno de 23,3% e 15,2%. Levando a uma melhoria dos indicadores de energia técnicos de produção e geração de calor de 18,9% e 13,2% para cada caso. Para a mistura COG/BFG, os resultados obtidos são semelhantes.

The reheating furnace of the steel industry was evaluated in the present study, which uses the gas mixture from coke oven (COG), blast furnace (BFG) and steelmaking process “Linz-Donawitz” (LDG); with the production of steel laminates being its main activity. Two methods were developed in this work to deal with energy consumption. The first dealt with estimation of heat losses in the furnace, and the second dealt with recovery of heat and its use in load preheating, combustion air preheating, and adiabatic flame temperature control through oxygen enrichment. These evaluations were intended to determine the best selection of material for insulation of the furnace, in order to increase heat transfer, to obtain an economy in fuel consumption, to improve technical energy indicators of production and heat generate, and to increase temperature of the flame and the concentration of oxygen in the air, as well as improve the efficiency of the furnace and the combustion process. Finally, a statistical analysis was presented for the development of a mathematical model of the adiabatic flame temperature of the mixed gases COG/LDG and COG/BFG. The mathematical modeling was based on the tool of factorial experiments 2^3. Through the model, it was tried to present a distribution of the flame temperature, as well as to allow, the decision making in the shortest time possible for the benefit of the industry. When developing the present study in the reheating furnace it was evidenced an economy in the fuel consumption of the COG/LDG mixture of 6606 m3/h and 4627 m3/h for the load preheating and the air preheating, respectively. In addition, efficiency of the furnace was increased by 23.3% and 15.2%, the production indicator and the heat generation indicator were improved by 18.9% and 13.2% in each case. For the COG/BFG mixture, the results obtained was similar.