AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE COLETA, CONDICIONAMENTO E

Para se utilizar a análise do gás para determinar o fim de sopro da corrida é necessário que as informações fornecidas pelo analisador sejam representativas do que se passa dentro do convertedor. É necessário também que a disponibilidade do analisador seja alta, no caso da ArcelorMittal Tubarão são usadas duas sondas para a coleta do gás localizadas na parte final do sistema de limpeza, conforme mostra a figura 18. Nesse sistema, O gás passa pela torre de lavagem, onde é limpo e seco. Após esta etapa uma amostra é retirada, condicionada e analisada de maneira on-line. O gás tem duas destinações possíveis; ser queimado pela chaminé ou ser armazenado no gasômetro. As informações fornecidas pelo analisador de gás são utilizadas pelo modelo para

estimar o melhor momento para o fim do sopro e o teor do carbono contido no banho.

Figura 18 - Esquema mostrando o sistema de lavagem de gás do convertedor da ArcelorMittal Tubarão. Convertedor Lança de O2 Torre de Lavagem Chaminé Gasômetro Analisador de Gás Válvula Selo D’água

Fonte: CORDEIRO, DAVID, MACHADO e OLIVEIRA, 2010

A disponibilidade do analisador neste caso é de 100% das corridas, visto que se houver algum problema em ambas as sondas simultaneamente, a produção no convertedor é interrompida devido às questões de segurança. O analisador é usado para determinar presença de água no convertedor ou mistura explosiva dentro do sistema.

A amostragem do gás de saída é realizada por uma das duas sondas, enquanto uma sonda realiza purga, ou seja, limpa o seu interior através da injeção de um gás inerte, a outra coleta o gás da tubulação vinda do convertedor. As sondas são do tipo à seco, com um filtro externo de cerâmica de 2µm de porosidade, um filtro externo aquecido eletricamente na faixa de 0-180ºC, um sensor de temperatura e o ajuste da temperatura de set point.

Ao ser coletado o gás é condicionado com o objetivo de torná-lo adequado para análise. Os principais equipamentos que compõem o sistema de condicionamento do gás são o refrigerador, a bomba e o Perma Pure.

Ao longo do processo do condicionamento de gás existem 3 filtros de porosidades progressivamente menores, com o objetivo de tirar o máximo possível de particulado. O primeiro filtro é um filtro de particulado de 2μm situado antes da bomba, o segundo é um filtro aerosol, com filtragem para 99,99% das partículas maiores que 0,1μm e o terceiro é um filtro ultrafino de 0,1μm.

O gás de saída do convertedor tem muito vapor d’água e muitos materiais particulados, o que acarretaria em erros na análise posterior dos analisadores. O refrigerador de gases é o equipamento responsável pela remoção de umidade do gás. O condicionamento inicia-se com a retirada desse excesso de água através do refrigerador. A Figura 19 mostra uma foto do sistema de condicionamento dos gases de saída do convertedor da ArcelorMittal com destaque para o refrigerador de gases. Toda a água retirada no Refrigerador é armazenada num recipiente que é esvaziado manualmente.

Para o transporte do gás do ponto de amostragem aos analisadores de gás existe uma bomba situada logo após o refrigerador de gases e depois do terceiro filtro de particulado. Durante toda a linha, a porosidade dos filtros é diminuída visando uma limpeza progressiva do gás.

Para garantir a secagem total do gás utiliza-se o Perma Pure, um secador de gás que funciona baseado na sucção da água através de uma membrana na tubulação que permite apenas a passagem de água.

Figura 19 - Imagem do sistema de condicionamento dos Gases de Saída do Convertedor 1 da ArcelorMittal Tubarão com destaque para o Refrigerador

Fonte: CORDEIRO, DAVID, MACHADO e OLIVEIRA, 2010

Usa-se a afinidade da água com o material que envolve a tubulação e com gás de purga que passa envolta da tubulação, de maneira que a reação somente ocorra com a água de forma química, o que não permite a contaminação do gás ou mesmo a alteração das concentrações dos componentes do gás.

O Perma Pure é composto de várias tubulações secadoras de Nafion, que estão posicionadas de forma periférica à tubulação principal onde o gás de análise passa. Nessas tubulações, passa o gás de purga que é o Nitrogênio. À medida que o gás de análise passa pela tubulação principal o vapor d’água é absorvido e removido pela membrana da parede tubular. O Nafion é um componente do

Teflon e assim como ele, tem muita afinidade com água.

Somente após passar pelas etapas de amostragem e condicionamento, o gás está nas condições ideais para análise. O sistema de análise de gás é formado por dois analisadores, o primeiro analisador analisa os gases CO, CO2 e O2 e o segundo analisador é responsável pela análise de H2.

As análises do CO e CO2 são feitas com o método infravermelho de não- dispersão (NDIR), fonte de luz única, feixe duplo. Os gases hetero atômicos, gases cuja molécula é formada por dois ou mais átomos de naturezas diferentes, como o CO e o CO2, absorvem a radiação infravermelha dentro da região fundamental, que é de 2,5 a 25μm de comprimento de onda, coincidente com as freqüências de vibração da molécula do gás.

No método de não-dispersão existe um sistema de filtragem da fonte infravermelha de forma que a freqüência de passagem coincida com os picos de absorção do material analisado. A concentração é obtida pela lei de Lambert e Beer: abc

e

E

E



E2 = energia após atravessar a substância E1 = energia no mesmo ponto sem a substância e = número de Euler: 2,71828

a = coeficiente de absorção, função da substância e do comprimento de onda λ

b = espessura da substância c = concentração da substância

Para uma dada substância, e em função de aspectos construtivos do instrumento, a e b são constantes, e medindo E1 e E2, obtêm-se a concentração c da substância.

A análise do O2 usa o método paramagnético construído no sensor no gabinete. Este método usa o comportamento dos materiais frente a um campo magnético. Os materiais paramagnéticos, semelhantemente aos ferromagnéticos, também são atraídos pelo campo magnético, porém em menor intensidade. O oxigênio é um gás paramagnético e usando dessas características é possível construir um dispositivo capaz de calcular a concentração de oxigênio num determinado ambiente.

Um exemplo simples seria um analisador do tipo magneto dinâmico, onde duas esferas contendo nitrogênio, unidas por uma haste suspensa, são posicionadas entre pólos magnéticos intensos. O oxigênio da amostra tentará ocupar o espaço entre os pólos deslocando as esferas. O torque que age sobre o conjunto das esferas e haste é proporcional ao teor de oxigênio da amostra.

A faixa de medição para o CO é de 0-100% volume, para o CO2 é de 0-50% volume e para o O2 é de 0-10% volume.

A análise do H2 é feita usando o princípio da condutividade térmica. Este princípio é largamente aplicado aos analisadores de hidrogênio, pois a sua condutividade é muito maior que a dos demais gases.

A análise baseia-se na variação de resistência de um filamento aquecido, circundado pela mistura a analisar. Quanto maior a condutividade térmica da mistura, maior será a dissipação de calor, e a queda da temperatura do filamento resulta na redução de sua resistência elétrica. A leitura da tensão nessa resistência variante é proporcional à concentração do gás analisado. A faixa de medição para o H2 é de 0-10% volume.

Na ArcelorMittal Tubarão existe uma rotina padronizada de calibração dos analisadores de gás a cada parada programada de convertedor e não foram encontradas evidencias de perda de calibração dos sistemas nos últimos 6 anos, quando os analisadores foram instalados. O sistema foi considerado confiável para o desenvolvimento deste trabalho.