ANÁLISE NUMÉRICA DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR NUMA TIRA DE AÇO SUBMETIDA A AQUECIMENTO EM FORNO CONTÍNUO

Na presente tese, a equação de energia é resolvida para uma tira de aço bi-dimensional que se move com velocidade constante através de um forno contínuo e é submetida a várias condições diferentes de radiação de convecção. As equações de discretização foram obtidas utilizando a técnica de diferenças finitas com enfoque em volume de controle. O conjunto destas equações indicou os sete parâmetros adimensionais do problema. Por se tratar de uma equação elíptica, a solução foi inicialmente encaminhada para a determinação dos comprimentos de tira antes e após o forno, além dos quais desapareceria o efeito da condução de calor axial no interior da tira. Os resultados mostraram a possibilidade de substituição da condição de contorno após o forno, passando-se então a considerar uma seção transversal da tira situada próxima à saída do forno. A nova condição de contorno foi estabelecida por um balanço de fluxos de calor por condução, convecção e emissão radiativa na referida seção da tira. A partir da análise de influência de cada parâmetro adimensional sobre a distribuição e temperatura da tira, foram selecionados como mais importantes o número de Peclet relativo à taxa de produção do forno, o parâmetro de radiação incidente relativo ao consumo de combustível e parâmetro geométrico que exprime a razão entre as dimensões da tira. Uma análise da eficiência na transferência de calor foi então realizada, avaliando os citados parâmetros diante dos requisitos de obtenção de uma determinada temperatura média da tira e de uma elevada homogeneidade de temperatura em sua reação transversal localizada próxima à saída do forno. Ao promover-se a divisão do forno em três zonas e a adoção de diferentes fluxos de radiação incidente, foi possível simular situações operacionais típicas que ocorrem nos fornos de reaquecimento de placas de uma usina siderúrgica e efetuar comparações com dados disponíveis em literatura.In the present thesis the energy equation is solved for the temperature distribution in a two dimensional steel strip, which moves with Constant velocity through a furnace and is submited to several different radiation and convection fluxes. Steady state conditions are supposed to exist, if the reference frame is attached to the furnace walls. Thus, one more term arises in the energy equation to take into account the strip movement. The non-linearity of the problem is restricted to the radiation boundary conditions. The discretized algebraic equations are set up, utilizing a finite difference, scheme with the control volume approach. The complete set of equations has shown that there are seven non-dimensional parameters to be specified. Due to the elliptic nature of the equation, it was stabilished that at some distance before and after the furnace, the axial heat conduction in the strip would vanish. A first attempt was done in order to find these distances. The results have shown that the boundary condition after the furnace, the axial heat conduction in the strip would vanish. A first attempt was done in order to find these distances. The results have shown that the boundary condition after the furnace could be substituted, taking a section of the strip closer to the furnace outlet and simply stating the heat flux balance in terms of conduction, convection and radiant emission, considering that this is an end of the strip. Examining the resultant temperature profiles and the heat exchanged by the strip, the influence of each non-dimensional parameter was investigated. Three of them are believed to be the more important: the péciét number related to the furnace rate of production, the incident radiation parameter related to the rate of fuel consumption and the geometrical aspect ratio of the strip. A thermal abalysis of the furnace was then carried out, in order to achieve prescribed data on averade temperature of the strip at the furnace outlet, degree od temperature homogenelty in the strip and heat transfer efficiency. To make a more realistic simulation of the furnace, it was also subdivided into three cones of different incident radiation fluxes and then typical operational situations could be reproduced, as they usually occur in slab reheating furnaces. These simulations were compared with data available in the literature, showing a reasonable qualitative accordance with them