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Acería
Desarrollo de un modelo
de balance de materia
y energía en estado transitorio
del horno de arco eléctrico
Autores: Resumen
Alejandra Camacho a,1 ,
Eder Trejo b,2 ,
Alejandro Montesinos-Castellanos a,3 . E
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores
de Monterrey, Escuela de Ingeniería y
Ciencias, Av. Eugenio Garza Sada 2501,
Monterrey, N.L., México.
a
[email protected].
1
[email protected].
3
b
Ternium México, Departamento de Ingeniería
y Medio Ambiente, Av. Universidad 992,
San Nicolás de los Garza, 66450, N.L.,
México.
[email protected].
2
l uso eficiente de la energía en la industria del acero tiene un fuerte impacto en
la competitividad de las empresas. El presente trabajo se enfoca en el desarro-
llo de un modelo matemático con enfoque transitorio para control predictivo de
la operación de una “colada”. Se consideran los perfiles de adición de materiales
y energía, la tasa de fundición de chatarra y la cinética química. Con todos estos
elementos se realizó una simulación que permite predecir el comportamiento de la
operación del horno, eficientar el consumo energético en base a la modificación de
flujos de materiales y, en consecuencia, reducir el costo neto por tonelada de acero
líquido. Este documento reporta avances alentadores en esta línea de investigación.
1. Introducción
La energía es uno de los insumos principales para garantizar la sustentabili-
dad y competitividad en el desarrollo de la industria. En las últimas décadas, el
uso eficiente y el cuidado del medio ambiente ha cobrado gran importancia,
por lo que los esfuerzos en investigación y desarrollo en estas áreas se han inten-
sificado. La industria del acero es una gran consumidora de energía, y el horno
de arco eléctrico es uno de sus grandes componentes, eficientarlo es uno de los
grandes retos en este campo.
En México en el 2016 se reportó un consumo energético final industrial de
31.7% (1680.79 PJ), del cual, el 14.4 % (242.74 PJ) corresponde a la industria
del hierro y el acero, siendo así el mayor consumidor en el sector [1] . Dentro de
la industria del acero uno de los equipos que más requieren energía es el horno
de arco eléctrico (HAE).
En la figura 1 se muestran las entradas y salidas de energía, donde las pérdidas
principales se encuentran en los gases de salida y en el sistema de enfriamiento.
Actualmente hay tecnologías para el aprovechamiento del calor residual de los
gases de salida, por ejemplo, el precalentamiento de chatarra. Sin embargo, no
hay muchos esfuerzos orientados a las pérdidas por enfriamiento, que pueden
ser disminuidas al detectar oportunamente los flujos energéticos por medio de
balances de materia y energía (BME). Estos ya han sido realizados en estado es-
tacionario, pero ante la necesidad de una predicción en tiempo real, a pesar de
la habilidad del operador, es necesario un modelo en estado transitorio.
Este trabajo tiene como objetivo principal desarrollar un modelo de BME
integral para todo el proceso de fundición en el HAE con enfoque transitorio.
Este modelo considera: los perfiles de adición de materia y potencia (arco eléc-
trico), la tasa de fusión de chatarra, los mecanismos de reacción y estimación
de flujos de energía en todo momento.