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Sistemas de Injeção de Materiais Pulverizados em Altos-Fornos e Aciarias

ISBN: 9788521209836

Autor: Ricardo Sebastião Nadur Motta

Editora: BLUCHER.

Número de Páginas: 394

Idioma: Português (do Brasil)

Data Edição: 2016

37,55 €46,94 €
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Esta obra descreve os processos de injeção de carvão pulverizado e de outros materiais em altos-fornos, aciarias e dessulfuração em carro torpedo, com conteúdo extremamente útil a profissionais da área, como operadores, técnicos e engenheiros metalúrgicos e de controle de processos, ou seja, a profissionais dedicados especialmente à indústria siderúrgica. Aqui, é reunido o conteúdo técnico que é resultado de vinte anos de trabalho, pesquisa, desenvolvimento e experiências práticas no sistema de injeção de carvão pulverizado e em outras plantas de injeção e transporte de sólidos na Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), em Volta Redonda, Rio de Janeiro. O livro apresenta as características de sistemas de transporte pneumático de carvão, de cal, de carbono e de outros sólidos abrasivos em geral, com seus parâmetros básicos, intertravamentos de segurança, variabilidades toleráveis nas taxas de injeção, bem como a seleção das formas de taxas de injeção. Também são abordados: otimização das malhas típicas para pressão do vaso, vazão de fluidização, vazão de nitrogênio transporte ou arraste e seleção de equipamentos e sensores adequados para um sistema de injeção de carvão pulverizado, um sistema de injeção de titânio e um sistema de injeção de cal em carro torpedo. A modelagem dinâmica dos processos de injeção e de transporte pneumático com estratégias de controle de processo e exemplificação matemática é apresentada para cada processo com resultados práticos e sugestões de estratégias de controle. O conteúdo deste livro há de induzir o desejo da sua leitura e, certamente, será uma ferramenta de estudo e desenvolvimento de profissionais, contribuindo para elevar seus conhecimentos.
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO 1.1 Os altos-fornos e a injeção de carvão pulverizado 1.2 Revisão da literatura e tecnologia atual 1.3 Objetivos do controle para sistemas de injeção 1.4 Desenvolvimento da automação e controle da injeção 1.5 Descrição dos capítulos CAPÍTULO 2. INJEÇÃO DE CARVÃO PULVERIZADO EM ALTOS-FORNOS 2.1 Introdução 2.2 PCI – sistema de injeção de carvão pulverizado 2.3 Tecnologias para transporte pneumático de sólidos 2.3.1 Fase densa 2.4 Tecnologias de sistemas para PCI 2.4.1 Tecnologias de controle dos vasos de injeção 2.4.2 Métodos e malhas de controle fechadas para a vazão de carvão 2.5 Estações de injeção de carvão pulverizado da CSN 2.6 Descrição das quatro fases originais da estação de injeção 2.7 O estado da arte da tecnologia implantada 2.7.1 Malhas de controle da estação de injeção 2.7.2 Controle da pressão dos vasos 2.7.3 Controle da vazão mássica de carvão 2.7.4 Vazão de nitrogênio de transporte 2.7.5 Sistema de controle da vazão de fluidização 2.8 Conclusões preliminares CAPÍTULO 3. CRITÉRIOS PARA A AVALIAÇÃO DA VARIAÇÃO INSTANTÂNEA DA VAZÃO DE CARVÃO PULVERIZADO PARA OS ALTOS-FORNOS 3.1 Objetivo 3.2 Considerações sobre a variação de injeção de carvão 3.3 O efeito da variação de carvão no alto-forno 3.4 Medida da variabilidade da vazão de carvão 3.5 Definições das faixas de controle de qualidade 3.6 Histogramas de distribuição amostral 3.7 Conclusões preliminares CAPÍTULO 4. EXPANSÃO DA CAPACIDADE NOMINAL DE VAZÃO E REDUÇÃO DAS QUEDAS DE INJEÇÃO 4.1 Objetivo 4.2 Capacidade de injeção do PCI 4.3 Capacidade máxima de injeção 4.4 Estratégias do desenvolvimento da expansão da capacidade de injeção 4.4.1 Fase de carregamento dos vasos 4.4.2 Fase de alívio dos vasos 4.4.3 Fase de pressurização 4.4.4 Fase de injeção 4.5 Resultados da expansão da capacidade de vazão 4.6 Redução das quedas de injeção 4.6.1 Queda por número mínimo de lanças 4.6.2 Vazão baixa de sopro do alto-forno 4.6.3 Vazão baixa de nitrogênio de transporte 4.6.4 Queda de injeção por pressão diferencial baixa 4.6.5 Alarmes antecipatórios de queda de injeção 4.7 Algoritmo de carregamento dos vasos de injeção 4.8 Sincronismo do carregamento dos vasos de injeção 4.9 Retomada automática da injeção após uma queda 4.10 Resultados e conclusões da expansão da capacidade de injeção e da redução das quedas de injeçãoCAPÍTULO 5. PRESSURIZAÇÃO DO ANEL DE FLUIDIZAÇÃO DOS VASOS DE INJEÇÃO 5.1 Objetivo 5.2 Problema da falha na vazão de fluidização 5.3 Fluidizador extra incorporado ao cone do vaso de injeção 5.4 Sistema de pressurização do anel de fluidização 5.5 Modelagem da fase de pré-pressurização 5.6 Controle das válvulas de fechamento da fluidização 5.7 Resultados obtidos 5.8 Conclusões sobre a pressurização do anel de fluidização CAPÍTULO 6. NOVA SEQUÊNCIA LÓGICA PARA OS VASOS DE INJEÇÃO 6.1 Nova sequência para a injeção de carvão pulverizado 6.2 Espera despressurizada dos vasos de injeção 6.3 Descrição da pré-pressurização dos vasos 6.4 Pré-alívio dos vasos de injeção 6.5 Resultados obtidos para pré-pressurização 6.6 Conclusões sobre a nova sequência CAPÍTULO 7. DISTRIBUIÇÃO UNIFORME DE CARVÃO PULVERIZADO NAS VENTANEIRAS DOS ALTOS-FORNOS 7.1 Uniformidade de carvão em um distribuidor estático 7.2 Purga das lanças de injeção 7.2.1 Purga programada 7.2.2 Purga automática das lanças de injeção 7.3 Problemas na distribuição uniforme 7.4 Programas desenvolvidos para a monitoração dos intertravamentos de segurança das lanças de injeção 7.5 Intertravamento de segurança da vazão do tubo reto para a injeção de carvão pulverizado 7.6 Intertravamento de vazão de sopro para PCI 7.7 Novos intertravamentos para a vazão do tubo reto 7.8 Gerenciamento das linhas de injeção de carvão 7.9 Injeção em lança dupla em um mesmo algaraviz 7.10 Resultados e conclusões CAPÍTULO 8. DETECTORES DE FLUXO DE CARVÃO PULVERIZADO 8.1 Introdução 8.2 Detectores de fluxo de carvão 8.3 Princípios básicos de funcionamento dos detectores 8.3.1 Método Doppler 8.3.2 Métodos térmicos 8.3.3 Métodos eletrodinâmicos 8.4 Características técnicas dos detectores estudados 8.4.1 Granuflow 8.4.2 FlowJam 8.4.3 Solidflow 8.5 Escolha do detector 8.6 Adaptadores de processo para o FlowJam S 8.7 Bifurcação de cerâmica para lança dupla 8.8 Testes preliminares com o FlowJam S 8.9 Conclusões CAPÍTULO 9. MODELAGEM DA MEDIÇÃO DE VAZÃO DE AR QUENTE EM TUBO RETO DE ALTO-FORNO 9.1 Introdução 9.2 Material e métodos empregados na modelagem 9.3 Descrição sucinta do sistema de ar quente soprado para o alto-forno 9.4 Faixas de vazão características do ar soprado 9.5 Densidades do ar soprado nos Altos-Fornos 2 e 3 9.6 Vazões para o tubo reto dos Altos-Fornos 2 e 3 9.7 Sistema de medição para o intertravamento do PCI 9.8 Cálculos da pressão diferencial do Alto-Forno 3 9.9 Cálculos da pressão diferencial do Alto-Forno 2 9.10 Identificação e validação do modelo para medição de vazão 9.11 Influência do desgaste na restrição 9.12 Resultados alcançados 9.13 Conclusões finais sobre a modelagem CAPÍTULO 10. A CORRETA MEDIÇÃO DA VAZÃO DE CARVÃO PULVERIZADO 10.1 Objetivos de se determinar a vazão de carvão 10.2 Técnicas de medição de carvão pulverizado 10.3 O erro na medição de vazão por células de carga 10.4 Quantidade de carvão injetado no alto-forno 10.5 Interpretação dos resultados obtidos 10.6 Correção para eliminar o erro de medição 10.7 Conclusões sobre a técnica correta de medição de vazão CAPÍTULO 11. SISTEMA DE MEDIÇÃO DA VAZÃO DE CARVÃO PULVERIZADO 11.1 Objetivos da medição de vazão de carvão alternativa 11.2 Métodos de determinação da vazão de carvão pulverizado em sistemas de injeção 11.3 Sistemas de medição de vazão de sólidos atuais 11.4 Desenvolvimento do sistema de medição de vazão 11.5 Algoritmo de autocalibração desenvolvido 11.6 Geração do sinal de falha de fluxo de carvão 11.7 Resultados dos sinais obtidos com o Densflow 11.8 Conclusões sobre a nova medição de vazão implantadaCAPÍTULO 12. MODELAGEM DO TRANSPORTE PNEUMÁTICO DA ESTAÇÃO DE CARVÃO PULVERIZADO 12.1 Objetivos da modelagem do transporte pneumático 12.2 Considerações iniciais de contorno do modelo 12.3 Diagramas em blocos dos modelos dinâmicos 12.4 Relação entre as variáveis de processo 12.4.1 Pressão de injeção 12.4.2 Vazão de nitrogênio de transporte ou vazão de arraste 12.4.3 Vazão de nitrogênio de fluidização 12.5 Curvas características das válvulas de controle 12.6 Curva característica da válvula dosadora 12.7 Modelo físico do transporte pneumático com o vaso 12.8 Parâmetros característicos do transporte pneumático 12.8.1 Relação sólido/gás 12.8.2 Densidade de fluxo e densidade de linha 12.8.3 Temperatura final do fluxo bifásico 12.8.4 A velocidade das partículas de carvão 12.9 Modelo de perda de carga do transporte pneumático 12.10 Modelo dinâmico do transporte pneumático 12.11 Diagramas das velocidades do transporte pneumático 12.12 Validações e resultados dos modelos 12.13 Conclusões da modelagem do transporte pneumático CAPÍTULO 13. MODELAGEM DINÂMICA DA ESTAÇÃO DE CARVÃO 13.1 Objetivos do modelo dinâmico da estação de injeção 13.2 Considerações iniciais da modelagem dinâmica 13.3 Modelagens individuais dos equipamentos de controle 13.3.1 Sensores e a nova instrumentação dedicada 13.3.2 Controle de vazão de nitrogênio de fluidização do cone base do vaso 13.3.3 Controle de vazão de nitrogênio de transporte da linha principal 13.3.4 Controle de pressão do vaso de injeção 13.3.5 Controle da vazão mássica na linha principal 13.4 Modelo físico não linear de quatro dimensões 13.5 Conclusões da modelagem dinâmica CAPÍTULO 14. ESTRATÉGIAS DE CONTROLE PARA A VAZÃO DE CARVÃO 14.1 Estratégias de controle adotadas no PCI 14.2 Descrição do controle da injeção de carvão 14.3 Produção instantânea de ferro-gusa do alto-forno 14.4 Controle da vazão pelo ritmo de carga do alto-forno 14.5 Implantação de banda morta variável no controlador 14.6 Filtros para o controle de vazão de carvão 14.7 A abertura inicial da válvula dosadora na injeção 14.8 Malha de controle de vazão em longo prazo 14.9 A nova malha de controle para a vazão instantânea CAPÍTULO 15. RESULTADOS E CONCLUSÕES SOBRE AS ESTRATÉGIAS DE CONTROLE PARA A INJEÇÃO EM ALTOS-FORNOS 15.1 Resultados das estratégias de controle implantadas 15.2 Conclusões sobre a injeção por ritmo de carga 15.3 Resultados na diminuição da vazão de carvão 15.4 Resultados nos intertravamentos de segurança 15.5 Resultados das modelagens CAPÍTULO 16. SISTEMA DE INJEÇÃO DE TITÂNIO DO ALTO-FORNO 3 DA CSN 16.1 Introdução 16.2 Descrições funcionais do processo de injeção 16.3 Estudos e experiências preliminares 16.4 Desenvolvimento e construção do sistema 16.4.1 Disposição dos equipamentos na sala de corridas 16.4.2 Utilização de ativos e recursos existentes 16.4.3 Construção civil em geral 16.4.4 Silo de armazenagem 16.4.5 Vaso de injeção 16.4.6 Sistemas de controle, detecção e medição de vazão de sólidos 16.4.7 Linhas de transporte pneumático 16.4.8 Sistemas de purga individual das linhas de injeção 16.4.9 Sistemas de controle e instrumentação 16.5 Estratégias e diagramas de controle 16.5.1 Intertravamento para habilitar a injeção no alto-forno 16.5.2 Chave seletora para o controle de vazão 16.5.3 Controles de vazão individual ou multiponto 16.5.4 Controles de operação do sistema implantado 16.6 Partida e comissionamento do sistema 16.6.1 Dificuldades iniciais encontradas 16.6.2 Materiais injetados 16.7 Transportador de pó de coletor 16.8 Injeção de pó de coletor no Alto-Forno 3 16.9 Resultados do sistema de injeção de titânio 16.10 Conclusões finais CAPÍTULO 17. DESENVOLVIMENTO DAS ESTAÇÕES DE DESSULFURAÇÃO EM CARRO TORPEDO DA CSN 17.1 Introdução 17.2 Objetivos 17.3 Descrição do sistema de transporte pneumático original 17.4 Problemas potenciais do sistema original 17.5 Malhas de controle do sistema original 17.5.1 Controle e cálculo da vazão de agente dessulfurante 17.5.2 Controle da vazão de transporte 17.6 Descrição do sistema de transporte pneumático implantado 17.6.1 Controle de pressão do vaso de injeção (PIC 104 17.6.2 Cone de fluidização e o injetor 17.6.3 Válvula automática de isolamento do vaso: FV 11 17.6.4 Controle de vazão de fluidização: FIC 106 17.6.5 Válvula especial de controle da vazão de agente dessulfurante 17.7 Critério de avaliação dos dois sistemas de controle 17.8 Comparação entre os sistemas de transporte pneumático 17.9 Interferências no processo e implantação de filtros para eliminação de ruídos 17.10 Influência da geometria do cone de fluidização 17.11 Conclusões CAPÍTULO 18. SISTEMA DE INJEÇÃO DE CAL PARA DESSULFURAÇÃO DE FERRO-GUSA EM CARRO TORPEDO 18.1 Introdução 18.1.1 Fundamentos 18.1.2 Histórico das estações de dessulfuração de gusa em carro torpedo da CSN 18.2 Descrição do processo 18.3 Considerações para dessulfuração em carro torpedo 18.3.1 Considerações práticas do processo 18.3.2 Considerações econômicas do processo 18.4 Desenvolvimentos dos novos sistemas de injeção de cal 18.4.1 Plano de ação 18.4.2 Proposta inovadora 18.4.3 Sistemas com vasos de injeção em série ou paralelo? 18.4.4 Perguntas a se fazer 18.4.5 Respostas 18.5 Diagramas de processo e instrumentação desenvolvidos 18.6 Modos de dessulfuração desenvolvidos 18.6.1 Modo simples 18.6.2 Modo duplo 18.6.3 Modo multi-injeção 18.7 Resultados preliminares 18.7.1 Teste de coinjeção de carbureto e cal 18.7.2 Teste multi-injeção de carbureto, cal e magnésio 18.8 Conclusões 18.8.1 Conclusões sobre os modos de dessulfuração desenvolvidos 18.8.2 Conclusões sobre o sistema instalado 18.8.3 Conclusões sobre a inclusão do novo sistema no processo REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Ricardo Sebastião Nadur Motta

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