10 Acería
Autores:
Jorge Contreras Serna,
Alejandro J. García-Cuéllar,
Marco A. Herrera García
Tecnológico de Monterrey:
[email protected],
[email protected],
Ternium: [email protected]
Detección de fugas de agua
en ducto de humos de horno
de arco eléctrico (HAE)
Se consideran diferentes combinaciones de la posición de entrada de CO 2
,
CO y H 2
O para estimar un patrón para el flujo de vapor de agua a través del
conducto. Los resultados muestran que la zona del ducto de gases con mayor
concentración de vapor de agua está en el centro del mismo (en el eje Z)
justo después del ingreso de aire, pero sí varía en la altura dentro del ducto
dependiendo de la posición inicial de ingreso del vapor de agua. Si se supiera
la sección por donde ingresa mayor cantidad de agua a la entrada del ducto,
estos resultados pueden guiar la localización de una probeta y proporcionar
una mejor advertencia de fuga de agua.
Introducción
JUL-SEPT 2020 ASOCIACIÓN TECNOLÓGICA DEL HIERRO Y ACERO AISTMEXICO.ORG.MX
RESUMEN
La producción de acero en un
Horno de Arco Eléctrico (HAE)
puede representar un serio riesgo de
seguridad en caso de que se filtren
fugas en el acero fundido, causando
explosiones violentas de vapor. Una
forma de detectar la presencia de
grandes cantidades de agua dentro
del HAE es monitoreando su contenido
de vapor de agua en el ducto de
humos. Determinar dónde colocar
una probeta para detectar el vapor
de agua dentro del ducto es de gran
importancia, ya que podría ser la primera
advertencia de una situación
de peligro.
Simulaciones de dinámica de fluidos
computacional (CFD) se llevan
a cabo utilizando el software ANSYS
Fluent. Se supone canalización de vapor
de agua en la entrada del ducto
de humos para representar el peor de
los casos. Simulaciones tridimensionales
fueron ejecutadas con el gas de
entrada que contenía CO 2
, CO, H 2
O
y aire. Los primeros tres componentes
ingresan a través del ducto mientras
el aire ingresa por un pequeño
espacio en el ducto.
El Horno de Arco Eléctrico (HAE) en la industria del acero fue inventado
en 1889 por Paul Héroult. El proceso de hacer acero ha pasado por algunos
cambios, cuando el HAE fue establecido primero utilizó corriente alterna (CA)
y en los 90’s el HAE de corriente directa (DC) despertó el interés de ahorro de
energía en estos. Ahora la mayoría de la chatarra es reciclada y refinada con
Hornos de Arco Eléctrico ([1]) .
En la actualidad el HAE es una de las tecnologías más importantes alrededor
del mundo en la industria del acero. Anteriormente los HAE tenían recubrimiento
de refractario en el casco inferior y superior del horno, así como también
en la tapa. Para evitar tiempos de inactividad por reparar el refractario, se
instalaron paneles enfriados por agua como paredes del horno.
Estos paneles enfriados se instalan típicamente 0.350 metros encima del nivel
del acero fundido, y su conexión con el sistema de enfriamiento por agua
se coloca en la cima del panel con mangueras ([2]) .
Algunas ventajas obtenidas con el uso de paneles enfriados por agua son:
• Incrementaron productividad.
• Redujeron retrocesos por reparar material refractario.
• Ventaja económica al reducir el consumo de refractario.
Un factor sobre estos paneles que causa preocupación es el riesgo de fugas
de agua de los paneles hacia dentro del horno. El calor que reciben los paneles
no es constante y eso causa que sufran fatiga termomecánica de los tubos.
Esto causa microfisuras y fugas pequeñas que, con el tiempo, se expanden y la
cantidad en la fuga de agua aumenta. Fugas pequeñas son difíciles de detectar
aún por operadores expertos y sistemas de detección y pueden causar humedecimiento
del recubrimiento de refractario, llevando agua entre el refractario
y el armazón del horno, lo que puede causar explosiones y/o daño al horno.
Este fenómeno ocurre cuando el agua dentro del horno es cubierta con metal
líquido (escoria o acero) a alta temperatura.
Para detectar fugas de agua dentro del HAE, existen sistemas automatizados
de detección como los siguientes: