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Title: Modelagem rigorosa e simulação da etapa de grelha móvel no processo de endurecimento de pelotas de minério de ferro.
Other Titles: Rigorous modeling and simulation of the moving grate stage in the iron ore pellet hardening process.
???metadata.dc.creator???: CAVALCANTI, Camila Barata.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: BRITO, Karoline Dantas.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: VASCONCELOS, Luis Gonzaga Sales.
???metadata.dc.contributor.referee1???: BRITO, Romildo Pereira.
???metadata.dc.contributor.referee2???: FARIAS NETO , Gilvan Wanderley de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: MORAIS JÚNIOR, Arioston Araújo de.
???metadata.dc.contributor.referee4???: LIMA JÚNIOR, Gladson Euler de.
Keywords: Modelagem matemátic;Grelha-móvel;Processo de endurecimento;Pelotas de minério de ferro;Qualidade da pelota;Grid Convergence Index (GCI);Mathematical modeling;Mobile grill;Hardening process;Iron ore pellets;Pellet quality
Issue Date: 12-Nov-2024
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: CAVALCANTI, Camila Barata. Modelagem rigorosa e simulação da etapa de grelha móvel no processo de endurecimento de pelotas de minério de ferro. 2025. 119 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2024.
???metadata.dc.description.resumo???: Este trabalho apresenta um modelo fenomenológico robusto para o sistema de Grelha Móvel, em uma planta de endurecimento de pelotas de minério de ferro em escala industrial. O processo consiste em um leito de pelotas em movimento constante, aquecido por correntes de ar perpendiculares. O objetivo é integrar em um único modelo os detalhamentos dos fenômenos químicos e físicos que ocorrem no sistema, incluindo a transferência de energia gás/pelota, um mecanismo de secagem com três etapas, resistência à compressão, e modelos cinéticos para a combustão do coke, oxidação da magnetita, e calcinação de carbonatos. Na etapa de desenvolvimento do modelo, foram avaliados dois tipos de balanço de energia utilizados na literatura. Realizou-se a análise de convergência de malha através do método Grid Convergence Index (GCI), que definiu a malha para o sistema. O modelo demonstrou aderência aos dados de processo, com um RMSE normalizado de 6,30%. As simulações permitiram avaliar a influência de parâmetros chave sobre o perfil de temperatura e da resistência à compressão da pelota ao longo do leito. Observando-se uma relação inversamente proporcional do perfil e qualidade para com a velocidade da grelha, diâmetro da pelota e altura do leito. A fração de vazios do leito produziu impactos pouco expressivos nas variáveis avaliadas. A variação da composição da pelota apresentou forte influência sobre o leito, com efeitos semelhantes entre a magnetita e o coke. Destacando-se a influência significativa do coke sobre a resistência à compressão, limitada pelo fenômeno de vitrificação em altas temperaturas. Este modelo possibilita a identificação e análise crítica de fenômenos de difícil detecção durante a operação convencional, e auxilia na definição de faixas operacionais para otimizar a qualidade do produto e a eficiência energética do processo.
Abstract: This work presents a robust phenomenological model for the Traveling Grate system in an industrial-scale iron ore pellet induration plant. The process involves a continuously moving pellet bed heated by perpendicular air streams. The aim is to integrate into a single model the detailed chemical and physical phenomena occurring within the system, including gas/pellet energy transfer, a three-stage drying mechanism, compressive strength, and kinetic models for coke combustion, magnetite oxidation, and carbonate calcination. During the model's development, two types of energy balance from the literature were evaluated. A mesh convergence analysis was performed using the Grid Convergence Index (GCI) method, which defined the mesh for the system. The model showed good agreement with process data, with a normalized RMSE of 6.30%. The simulations allowed the evaluation of key parameter influences on the temperature profile and compressive strength of the pellet along the bed. An inverse relationship was observed between the profile and quality with respect to the grate speed, pellet diameter, and bed height. The bed void fraction produced negligible impacts on the evaluated variables. Variations in pellet composition had a strong influence on the bed, with similar effects observed between magnetite and coke. Notably, coke had a significant impact on compressive strength, constrained by the vitrification phenomenon at high temperatures. This model enables the identification and critical analysis of phenomena that are difficult to detect during conventional operation and assists in defining operational ranges to optimize product quality and energy efficiency of the process.
Keywords: Modelagem matemátic
Grelha-móvel
Processo de endurecimento
Pelotas de minério de ferro
Qualidade da pelota
Grid Convergence Index (GCI)
Mathematical modeling
Mobile grill
Hardening process
Iron ore pellets
Pellet quality
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/40789
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