Desenvolvimento de um modelo térmico dinâmico para o fluxo de calor através do revestimento refratário de fornos de tratamento térmico de tubos de tubos de aço

Arnaud-Guilhem de Loze¹; Luís Fernando Oliveira Rodrigues²; Lis Nunes Soares²

¹ Ecole Centrale Paris; ² Vallourec Tubos do Brasil S.A.

doi:10.20906/CPS/CON-2016-0256

Resumo

Fornos são equipamentos essenciais para o processo de laminação e tratamento térmico de tubos de aço sem costura. Visando melhoria da qualidade dos produtos e reduzir o consumo de energia, o entendimento dos processos de transferência de calor do revestimento refratário do forno é considerado crucial. Este trabalho apresenta um estudo realizado sobre a evolução de temperatura do refratário, durante período improdutivo, de um forno de tratamento térmico de tubos de aço. Durante esses períodos, para economizar energia, o forno é desligado ou conservado em temperatura mais baixa que a de regime de trabalho. Entender a transferência de calor do material refratário permite definir uma condição de temperatura adequada do mesmo, caracterizando o forno em estado de regime quase permanente, para retomada do processo produtivo considerando a qualidade da produção e economia de combustível durante período improdutivo. Assim, foi desenvolvido um modelo matemático para calcular a evolução das temperaturas dos materiais refratários. Este modelo utiliza um sistema de equações de transferência calor discretizadas, para o cálculo da evolução da temperatura em pontos internos do refratário, em função da evolução de temperatura da atmosfera do forno. A validação do modelo matemático foi realizada baseada nos resultados de uma campanha de medição de temperatura. Termopares foram instalados em diferentes profundidades, no interior do revestimento refratário, e a evolução da temperatura foi coletada durante duas semanas. A comparação entre resultados do modelo e temperaturas reais apresentou pequena diferença para diferentes cenários do forno. O modelo possibilitou avaliar, considerando a qualidade dos produtos, a manutenção do refratário em boas condições e o consumo de energia, diferentes cenários de evolução de temperatura da atmosfera do forno e o impacto desta no processo de produção. Em particular, os resultados apresentados pelo modelo matemático permitiram definir uma condição de temperatura do refratário, necessária para in

Palavras-chave: Transferência de calor; Fornos de tratamento térmico; Revestimento refratário