Hierro y Acero Edicion 64 | Page 18

seguridad industrial REACCIONES LIBRES EN EAF Existe el supuesto que el vapor de agua reaccionará con el monóxido de carbono en el espacio libre del EAF. Sin embargo, al considerar la termodinámica, esto es poco probable. La reacción de desplazamiento agua-gas (WGSR en inglés) es una reacción crítica usada en la fabricación de amoníaco, metanol e hidrógeno. En un reactor, a bajas temperaturas (~450-600 ºF) y en presencia de un catalizador, la reacción WGSR puede llevarse a cabo de la siguiente manera: CO + H2O gCO2 + H2 (1) La reacción se moverá hacia la derecha solo bajo condiciones muy controladas. Es una reacción exotérmica a bajas temperaturas; sin embargo, a medida que la temperatura se eleva, la reacción se ralentiza5. A medida que la temperatura se eleva, la reacción se detiene finalmente antes de llegar a su culminación y, de hecho, se invierte. La Figura 3 muestra la constante de equilibrio6 (para un reactor sellado, con catalizador) como función de la temperatura para el ajuste de un reactor. Básicamente esto indica que, en condiciones ideales, la fuerza de accionamiento de la reacción disminuye rápidamente hasta que invierte al alcanzar 1100º K. En el EAF, esta reacción progresaría mucho más lentamente, de hacerlo, por las siguientes razones: • Los reactivos (CO y H20) están diluidos en comparación con un reactor • No hay una mezcla forzada en el EAF, como en un reactor • No hay un catalizador presente Esto sugiere que es posible que el hidrógeno se forme o no se forme a baja temperatura en el EAF a través de WGSR. Sin embargo, es claro que, como máximo, es posible que se reduzca una pequeña fracción del agua. De hecho, si se reduce el agua, es muy posible que el hidrógeno libre pueda reaccionar con CO2 u oxígeno (si está presente) y recombinarse en agua. 18 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO 140 120 Constante de equilibrio Esto es relevante porque si se considera que detectar y medir la presencia de un gas es una medida confiable para detectar las fugas de agua, este gas debe estar presente y poder medirse en todo momento como se muestra en el caso del vapor de agua en la Figura 1. El hidrógeno es un producto de las reacciones del horno, no se agrega “naturalmente” al horno. El agua es una fuente de hidrógeno; sin embargo, es muy difícil disociar el agua en hidrógeno y oxígeno. Para ello, se necesitan cantidades sustanciales de energía y temperaturas extremadamente altas. La disociación térmica del agua comienza más allá de los 3000 ºF (1649 ºC) y es difícil llegar hasta su culminación. Por lo tanto, la disociación térmica del agua no es una fuente significativa de gas hidrógeno en el proceso del EAF. Los quemadores de combustible oxigenado son otra fuente importante de agua. El vapor de agua constituye aproximadamente dos tercios de los productos de la combustión. Es posible que la combustión del quemador no culmine en el horno. Por ejemplo, una gran pieza de escoria que se encuentra directamente en la ruta de la llama del quemador puede ocasionar una mezcla ineficiente de los constituyentes del gas, lo que genera una combustión parcial. En este caso, los productos de la combustión son una mezcla de CO, CO2, H2 y H2O. 100 80 60 40 20 0 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 Temperatura (K) Figura 3 Esto sustenta, además, el hecho que el agua siempre está presente, mientras que el hidrógeno está presente en forma intermitente en el EAF. A partir de este análisis, puede verse que el agua está presente en forma constante a lo largo de la colada y su detección y medición puede servir como una medida confiable para la detección de fugas. Por otra parte, el hidrógeno está presente solo de manera intermitente, impredecible y de forma poco útil ya sea para la detección de fugas de agua o para la optimización del proceso. DIAGNÓSTICO POR LÁSER CONFIABLE PARA EAF La espectroscopía sintonizable por absorción de láser de diodo sintonizable (TDLAS en inglés) fue desarrollada en la década de 1970. Se ha utilizado en muchas aplicaciones industriales críticas y se la reconoce como una tecnología de medición de gas probada y confiable. La tecnología ZoloSCAN ha estado en funcionamiento durante casi 8 años en centrales eléctricas de carbón. Actualmente, hay más de 60 instalaciones en todo el mundo. Esto es de relevancia para el proceso de fabricación de acero en EAF porque las calderas de carbón exhiben alta opacidad y vibración de carácter similar. Por esta razón, a fines de 2012, Zolo comenzó a examinar la posible aplicación del proceso en EAF. En poco más de dos años, esta tecnología ha demostrado su confiabilidad y velocidad de respuesta en las acerías. Numerosos trabajos10 han detallado el principio de TDLAS. En resumen, un láser está diseñado en función de una forma de onda única para cada molécula de gas, de manera tal que la absorción medida puede relacionarse directamente con la concentración de las especies de gases por medio de la conocida Ley de Beer-Lambert. I/I0 = exp-[χPLS(T)φ(T,P)] donde I = intensidad de la luz transmitida (recibida) I0 = intensidad inicial de la luz (intensidad previa a la transmisión) χ = presión parcial de las especies de interés