Melhorias no desempenho dos injetores supersônicos em operação em um forno elétrico a arco

Abstract

Neste trabalho foi realizado um estudo para verificar as melhores condições de vazão das atuais lanças supersônicas utilizadas no forno elétrico a arco 3 da Siderúrgica Riograndense. Também foi realizado um teste comparativo entre o modelo de lança supersônica atual e um novo modelo de injetor proposto. Para determinar as melhores condições de vazão das injetoras atuais, avaliou-se parâmetros como o consumo de oxigênio, energia elétrica, teor de FeO da escória, condições de desgaste do refratário e erosão dos bicos injetores. Para os testes comparativos com o novo modelo de injetores, foram usinados dois bicos de cobre com menor diâmetro de garganta. As novas pressões e vazões de oxigênio, tanto para o trabalho no modo alta vazão como para o modo purga, foram estabelecidas com base em estudos das características dos bicos utilizados atualmente. Os testes foram realizados em caráter comparativo no próprio forno 3. Nos atuais modelos de injetores utilizados, verificou-se que a pressão no modo purga deve variar entre 0,9 e 1,1 kgf/cm2 na rede de oxigênio. Assim, a vazão de O2 varia entre 65 e 75 Nm3/h, intervalo no qual foi observada a melhor eficiência na operação, considerando principalmente o controle do FeO da escória e a ocorrência de entupimento dos bicos supersônicos. Na alta vazão foram definidas pressões entre 9,0 e 9,5 kgf/cm2, onde as vazões variam entre 350 e 375 Nm3/h por bico. Estes valores foram definidos avaliando-se principalmente o controle do consumo de refratário na região do injetor e o desgaste dos bicos causado por jato subacelerado. Os injetores com diâmetro de garganta menor possibilitaram a operação com vazões de O2 menores na purga em relação ao modelo atual. Assim, foi possível operar com vazão em torno de 50 Nm3/h a uma pressão de 0,9 kgf/cm2, sem a ocorrência de entupimentos. Porém no modo alta vazão, para garantir a vazão mínima de 350 Nm3/h, a pressão no bico foi elevada para 12,5 kgf/cm2. Com este novo modelo de injetor, os consumos médios de oxigênio e de energia elétrica reduziram 0,8 Nm3/t e 12,9 kWh/t, respectivamente, em relação ao injetor atual, e verificou-se o aumento de 0,92% no rendimento metálico.

In this work, a study to verify the best conditions of oxygen flow to operate the supersonic injectors currently used in the Electric Arc Furnace 3 (EAF 3) of Siderúrgica Riograndense was carried out. Also, a comparative study between the supersonic injector model currently used and a new proposed model was made. To determine the best flow conditions of current injectors, parameters such as oxygen and electricity consumption, and slag FeO content were evaluated. Moreover, refractory wear conditions and copper lance tips erosion were analyzed. For the comparative tests with the new model, two copper lance tips have been machined, with a smaller throat diameter. The new oxygen pressure and oxygen flow (high and low flow operating modes) were established based on studies of features of the currently used lance tips. The tests were carried out comparatively in the same EAF 3. For the currently used injector models, it was verified that the pressure in the low flow mode must be kept between 0.9 and 1.1kgf/cm2 in the oxygen system. Thus, the O2 flow varies between 65 and 75 Nm3/h, interval in which the best efficiency in the operation was observed, considering mainly the control of FeO of the slag, and the occurrence of clogging of the supersonic lance tips. High flow pressures were defined between 9.0 and 9.5 kgf/cm2, where the flow varies between 350 and 375 Nm3/h per lance tip. These values were defined evaluating mainly the control of the refractory wear in the region of the injector, and the erosion of the lance tips caused by under-blown jet. The new lance tips with smaller throat diameter made it possible to operate with smaller O2 flow, 50 Nm3/h with pressure of 0.9 kgf/cm2, without clogging in low flow steps. However, in the high flow, to guarantee the minimum flow of 350 Nm3/h, the pressure in the lance tips was raised to 12.5 kgf/cm2. With this new model of injector, the average consumption of oxygen was lowered by 0.8 Nm3/h compared to the current injector and an increase of 0.92% was verified in the metallic yield. Furthermore, there was a reduction of 12.9 kWh/t in the consumption of electric energy.