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Laminación
Figura 1
fecha no se han encontrado estudios o reportes técnicos
en planta Ternium sobre posibles fallas por desgaste en re-
fractarios de skids.
En la literatura científica varios autores han reportado
estudios de hornos de recalentamiento enfocados en re-
visar los perfiles térmicos, consumo de combustibles y la
optimización energética.
Skids en la zona de calentamiento, a) antes de colocar el refractario
b) colocación de los skids al interior del horno con refractario.
Como se observa en la Figura 1, los skids son arreglo de
tuberías diseñados, estructuralmente para soportar el peso
de las palanquillas y térmicamente (con refrigeración in-
terna) para resistir condiciones de trabajo a altas tempera-
turas. El horno cuenta con seis skids de carga y, sobre estos,
seis skids de arrastre. Los skids son considerados un sumi-
dero de calor, provocando pérdidas de calor en el balance
térmico del interior del horno del 2 por ciento [4] , por lo
que la cantidad de energía requerida para alcanzar la tem-
peratura de trabajo podría no considerar estas pérdidas en
el sistema, por no representar un incremento sustancial
en el consumo de combustible. Sin embargo, los gastos
de operación del horno de recalentamiento no son única-
mente producto del consumo energético, también existen
los gastos de mantenimiento preventivo, que tienen como
objetivo principal mantener la operación del horno por lo
menos 4 años, antes de realizar un mantenimiento mayor
o paro total de las operaciones del horno.
Un problema que ha sido poco estudiado por las empre-
sas siderúrgicas son las fallas de los skids provocadas por
la erosión y desgaste del refractario por el impacto de óxi-
dos o cascarilla [5] . Aunque los principales daños en el re-
fractario de las paredes en los hornos son causados por las
condiciones anormales de operación, como temperaturas
de sobrecalentamiento de flamas desalineadas, esfuerzos
estructurales, fracturas del refractario por choque térmico,
golpes provocados por la carga o sobrecarga en el horno,
reacción química entre el refractario y la cascarilla de óxi-
dos formados en la palanquilla, entre otros [6] . De las cau-
sas antes mencionadas, en este trabajo se estudia la acción
abrasiva del arrastre de óxidos por los gases calientes, que
pueden alcanzar valores de velocidad de hasta 60 metros/
segundo en la salida del horno, lo que pudiera relacionar-
se con una falla en el refractario de los skids [7] . Es impor-
tante mencionar que si el refractario del skid falla, su parte
metálica se ablandará por el efecto de la temperatura, au-
nado a lo anterior, el peso de las palanquillas puede ven-
cer la resistencia mecánica del skid, provocando fracturas
estructurales en el patín de carga y deslizamiento. Hasta la
Estos estudios generalmente se dividen en dos grandes
grupos [8] , los primeros han abordado el tema de la combus-
tión, la dinámica de fluidos y la transferencia de calor en
forma acoplada [9] , los segundos, realizan estudios sin consi-
derar la combustión y la dinámica de fluidos; solo simulan
el campo térmico provocado por la radiación, [10] [11] . Pocos
autores simulan la pérdida de calor a través de los Skids para
obtener balances de calor al interior del horno [12] [13] , tal es
el caso de Vinod and et al, que construyó una serie de mo-
delos simétrico en 3D y cuya conclusión fue que el balance
de calor al interior del horno es afectada en menos del 2%
con la presencia de los skids [4] , por esta razón los investiga-
dores pocas veces incluyen los patines en sus simulaciones.
Por lo anterior, el presente trabajo presenta una simu-
lación matemática que acopla los fenómenos de: a) com-
bustión; b) transferencia de calor (radiación, convección y
conducción), c) dinámica de fluidos y d) la inyección de
partículas y su interacción con la turbulencia para estudiar
la erosión del refractario al interior de un horno de reca-
lentamiento y tratar de investigar el efecto que pudo haber
tenido la erosión del refractario de los skids con una falla
presentada años atrás en la planta Ternium Xoxtla.
Descripción del horno de recalentamiento
de la planta Ternium-Xoxtla
El estudio está realizado en un horno tipo empujador
con capacidad de producción de 120 ton/hr como se
muestra en la figura 2, El horno de recalentamiento simu-
lado está dividido en dos zonas: La zona uno o de calenta-
miento, donde se presenta el mayor intercambio energéti-
co debido a que los gases de combustión están en contacto
por arriba y abajo de las palanquillas, las cuales se deslizan
sobre los skids.
En la zona de calentamiento inferior se tienen 4 que-
madores en cada lado del horno (ocho quemadores en
total) con una potencia individual de 11 Millones de BTU
(British Thermal Unit). Otros 12 quemadores de 10 Mi-
llones BTU, cada uno, están ubicados en la parte superior
del horno. La zona dos o de compensación cuenta con
12 quemadores de 3 Millones BTU de potencia, ubicados
en la parte superior del horno y 2 quemadores de punta y
cola de 1.5 Millones BTU que no se toman en cuenta en el
presente trabajo ya que no modifican las trayectorias de las
partículas de óxido inyectadas al interior del horno. A par-
tir de la Figura 2, puede observarse la posición de los que-