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Acería
Figura 1
Distribución de energía en el HAE (KWh/TAL de acero líquido). [2]
El modelo de balance de materia y energía transitorio
(BMET) nos puede permitir tener un control predictivo,
lo cual tiene impacto significativo en la detección de pér-
dida o necesidad de energía, y mejora en los protocolos de
operación. Estos progresos se traducen en ahorros econó-
micos y mayor productividad.
2. Marco teórico
2.1 Modelos de balance de materia y energía
Existen trabajos previos que describen los BME en el
HAE en estado estacionario con diferentes enfoques. Por
ejemplo, la estimación de las pérdidas por enfriamiento ya
fue realizada empleando factores de exergía [3] y por eficien-
cias de conversión de materia y energía que simplifican los
mecanismos de transferencia de calor [4] ; mientras que E.
Trejo [2] empleó un análisis matricial para todo el HAE.
En contraste, algunos modelos BMET han sido repor-
tados [5–7] . Estos emplearon la división del sistema (HAE)
por fases o interfases para el análisis de los mecanismos.
Se han publicado modelos más robustos controlados por
ciclos, donde la tasa de fusión de chatarra y equilibrio en
sistemas de reacciones son considerados [6,7] . Sin embargo,
en estos se requieren alta cantidad de recursos computa-
cionales y tiempo de simulación.
2.2 Tasa de fundición
Algunos esfuerzos para el cálculo de la tasa de fundición
ya se han reportado [6–8] . Una clasificación por subzonas de
acuerdo a los mecanismos de transferencia de calor se ha
expuesto antes, con el fin de facilitar la resolución de las
ecuaciones de energía correspondientes a cada una [8] . Las
metodologías empleadas anteriormente son similares, en
estas se analizaron las posibles aportaciones de energía ha-
cia la chatarra, tales como: la del arco eléctrico, del ace-
ro líquido y de los gases; así como su pérdida energética
por radiación; posteriormente, la energía de fusión se fijó
como restricción para estimar la velocidad de desaparición
de chatarra [6,7] .
2.3 Mecanismos de reacción y cinética química
Las reacciones químicas juegan un papel importante en
la operación del EAF: son una de las fuentes más importan-
tes de energía, generan espumamiento de la escoria y par-
ticipan en la refinación del acero. Los mecanismos de reac-
ción en la escoria ya han sido discutidos previamente [5,7,9–11] .
Las lanzas de oxígeno O 2 inciden directamente sobre la
zona de metal líquido, produciendo principalmente óxido
de fierro Ec. 2. Esta reacción impulsa la formación de esco-
ria, que es útil si se espuma correctamente.
(2)
La reducción del FeO y el espumamiento son controla-
dos por la inyección de grafito en la zona de escoria, don-
de es saturado en la superficie, dando lugar a la nucleación
de CO [12] , que al ascender, dan lugar a la Ec. 3. También
se ha propuesto la Ec. 4, en la cual se produce CO extra y
forma burbujas más estables [10,11] . El Fe líquido se precipita
hacia la zona de metal líquido, mientras que el CO 2 reaccio-
na con el C para regenerar el CO mediante la ecuación de
Boudouard (Ec. 5,
).
(3)
Respecto a la estimación de los flujos de energía, el con-
es útil, ya que comprende la
cepto de entalpía total
entalpía de formación estándar
, el calor sensible y el
[2]
.
calor latente de cada uno de los componentes
Por ejemplo, para el fierro (Fe) a la temperatura del acero
líquido, la entalpía total se puede calcular mediante la Ec.1.
(4)
(5)
El CO es el componente crítico para obtener un espuma-
miento apropiado, algunas propiedades también influyen,
(1)